Diod & transistor: soalan latihan dengan penyelesaian langkah demi langkah

Soalan latihan Diod & transistor percuma dengan rajah, petunjuk dan penyelesaian lengkap. Nilai baharu setiap kali, pada tiga tahap: litar diod, titik pincang BJT, BJT sebagai suis.

Soalan latihan percumaMudah
+−24 VR = ?2.2 V15 mA

LED hijau dengan voltan depan 2.2 V beroperasi daripada bekalan 24 V melalui perintang siri. Cari rintangan R yang menetapkan arus LED kepada 15 mA.

Vs = 24 VVF = 2.2 VI = 15 mA
Ω
Soalan seterusnya →
Berlatih Diod & transistor secara percumaBerlatih Diod & transistor sekarang5 soalan percuma setiap hari. Tiada kad diperlukan.

Apa yang anda latih

  1. Mudahlitar diod
  2. Sederhanatitik pincang BJT
  3. SukarBJT sebagai suis

Formula utama

Diod (susutan malar)
VD = 0.7 V when conducting
Kawasan aktif
VBE = 0.7 V, IC = β·IB, IE = (β + 1)·IB
Pincang tetap
IB = (VCC − 0.7)/RB
Pincang pembahagi
IB = (VTH − 0.7)/(RTH + (β + 1)RE)
Thévenin bagi pembahagi
VTH = VCC·R2/(R1 + R2), RTH = R1∥R2
Gelung pengumpul
VCE = VCC − ICRC − IERE
Ketepuan
IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC, IB ≥ IC(sat)/β

Pelajari Diod & transistor dari awal

Sebelum ini: Perintang bersiri & selari

1Diod: injap sehala

Diod membenarkan arus mengalir dalam satu arah sahaja, seperti injap sehala dalam paip air. Anak panah dalam simbolnya menunjuk ke arah arus boleh mengalir.

Apabila ia mengalir (ia pincang depan), diod silikon mengekalkan kira-kira 0.7 V merentasinya, walau berapa pun arus. Inilah model sut malar.

+−Vs​R0.7 VI

Jadi diod yang mengalir berkelakuan seperti bateri kecil 0.7 V yang mengambil voltan. Perintang mendapat baki voltan:

I = (Vs − n·0.7) / R

Di sini n ialah bilangan diod mengalir secara siri. Apabila diterbalikkan, diod menghalang dan arus ialah sifar.

Semakan kendiri Sumber 9 V memacu arus melalui perintang 1 kΩ dan dua diod silikon pincang depan secara siri. Berapakah arusnya?
  1. 10.4 mA
  2. 7.6 mA
  3. 8.3 mA
  4. 9 mA

Jawapan: 7.6 mA. I = (9 − 2·0.7)/1 kΩ = 7.6 mA. Mengira satu diod sahaja memberikan 8.3 mA, mengabaikan diod memberikan 9 mA, dan menambah voltannya memberikan 10.4 mA.

2Transistor dwikutub

BJT (transistor simpang dwikutub) mempunyai tiga terminal: tapak (B), pengumpul (C) dan pemancar (E). Dalam jenis NPN, arus mengalir masuk ke pengumpul dan tapak, dan keluar daripada pemancar.

RC​VCC​RB​CBEβ

Arus tapak kecil IB mengawal arus pengumpul IC yang jauh lebih besar. Ia berfungsi seperti paip: usaha kecil pada tuasnya mengawal alir yang besar.

Dalam julat kerja biasa, iaitu rantau aktif, tiga fakta berikut benar:

VBE = 0.7 V IC = β·IB IE = (β + 1)·IB

Gandaan arus β (beta) lazimnya antara 50 dengan 300. Simpang tapak-pemancar ialah diod, sebab itulah VBE ialah 0.7 V.

Semakan kendiri Transistor dengan β = 80 dalam rantau aktif mempunyai arus tapak 0.05 mA. Berapakah arus pengumpul?
  1. 0.05 mA
  2. 0.625 µA
  3. 4 mA
  4. 4.05 mA

Jawapan: 4 mA. IC = β·IB = 80·0.05 = 4 mA. 4.05 mA ialah arus pemancar (β + 1)·IB, dan 0.625 µA membahagi dengan β dan bukan mendarab.

3Rantau aktif atau ketepuan

Arus pengumpul mengalir melalui RC, jadi voltan yang tinggal merentasi transistor ialah:

VCE = VCC − IC·RC

IC tidak boleh bertambah tanpa had. Apabila transistor hidup sepenuhnya, hanya VCE(sat) ≈ 0.2 V yang tinggal, dan RC sahaja menentukan arus:

IC(sat) = (VCC − VCE(sat)) / RC
  • Rantau aktif: β·IB lebih kecil daripada IC(sat). Maka IC = β·IB. Digunakan dalam penguat.
  • Ketepuan: β·IB lebih besar daripada IC(sat). Maka IC = IC(sat), transistor ialah suis tertutup.
  • Potong: tiada arus tapak, tiada arus pengumpul. Transistor ialah suis terbuka.

Untuk menggunakan transistor sebagai suis, berikan sekurang-kurangnya IB = IC(sat)/β, selalunya beberapa kali ganda lebih untuk keselamatan.

Semakan kendiri Sebuah transistor dengan β = 100 mempunyai VCC = 10.2 V, RC = 2 kΩ dan arus tapak 0.1 mA. Ambil VCE(sat) = 0.2 V. Berapakah IC?
  1. 0.1 mA
  2. 10 mA
  3. 5 mA
  4. 5.1 mA

Jawapan: 5 mA. IC(sat) = (10.2 − 0.2)/2 = 5 mA. β·IB = 10 mA melebihi nilai itu, jadi transistor tepu dan IC = 5 mA. Jika 0.2 V ditinggalkan, hasilnya 5.1 mA.

4Kaedah langkah demi langkah

Bagi transistor dengan perintang tapak RB daripada VCC (pincang tetap):

  1. Telusuri gelung tapak: VCC jatuh merentasi RB dan kemudian 0.7 V merentasi simpang tapak-pemancar.
  2. Cari arus tapak: IB = (VCC − 0.7)/RB.
  3. Cari arus pengumpul: IC = β·IB.
  4. Cari voltan pengumpul-pemancar: VCE = VCC − IC·RC.
  5. Semak rantau: VCE mesti melebihi kira-kira 0.2 V. Jika tidak, transistor tepu dan IC = IC(sat).

Dengan V dalam volt dan R dalam kΩ, arus diperoleh dalam mA. Ini memudahkan nombor.

5Contoh terselesai

Ikuti setiap langkah. Cuba ramalkan langkah seterusnya sebelum anda membukanya.

Contoh terselesai

Transistor NPN dengan β = 100 mempunyai RB = 565 kΩ daripada VCC = 12 V ke tapaknya, RC = 2.2 kΩ dan pemancar dibumikan. Ambil VBE = 0.7 V. Cari IC dan VCE.

1

Perhatikan litar itu

RC​2.2 kΩVCC​ = 12 VRB​565 kΩCBEβ = 100IB​IC​VCE​

Arus tapak datang daripada VCC melalui RB.

2

Arus tapak

IB = (12 − 0.7) / 565 = 0.02 mA
3

Arus pengumpul

IC = β·IB = 100·0.02 = 2 mA
4

Voltan pengumpul-pemancar

VCE = 12 − 2·2.2 = 7.6 V
5

Semak rantau

Arus ketepuan ialah (12 − 0.2)/2.2 = 5.36 mA. 2 mA kita berada di bawah nilai itu, dan VCE = 7.6 V jauh melebihi 0.2 V.

Jadi transistor memang berada dalam rantau aktif, dan IC = β·IB boleh digunakan.

Jawapan

IC = 2 mA dan VCE = 7.6 V.

6Kesilapan lazim

  • Terlupa susut 0.7 V bagi setiap diod yang mengalir, atau bagi simpang tapak-pemancar.
  • Menggunakan IC = β·IB apabila transistor tepu. Sentiasa semak VCE.
  • Mengelirukan IC dengan IE. Pemancar turut membawa arus tapak: IE = (β + 1)·IB.
  • Bagi suis, terlupa VCE(sat) = 0.2 V dalam IC(sat), atau terlupa membahagi dengan β.
Semakan kendiri Sebuah transistor dengan β = 100 menyuis beban 100 Ω daripada VCC = 5 V. Tapak dipacu daripada 5 V melalui RB. Ambil VCE(sat) = 0.2 V. Berapakah RB terbesar yang masih menepukannya?
  1. 10.4 kΩ
  2. 8.6 kΩ
  3. 8.96 kΩ
  4. 89.6 Ω

Jawapan: 8.96 kΩ. IC(sat) = 4.8/100 = 48 mA, jadi IB ≥ 0.48 mA dan RB = (5 − 0.7)/0.48 = 8.96 kΩ. Jika 0.7 V terlupa, hasilnya 10.4 kΩ, jika β terlupa, hasilnya 89.6 Ω, dan jika 0.2 V ditinggalkan, hasilnya 8.6 kΩ.

7Rupa soalan peperiksaan

  • Mudah: litar diod. Satu sumber, satu perintang dan satu atau dua diod secara siri, atau diod selari dengan perintang. Anda mencari arus dalam mA.
  • Sederhana: titik pincang BJT. Pincang tetap seperti dalam contoh, atau pincang pembahagi voltan dengan perintang pemancar. Anda mencari IC atau VCE.
  • Sukar: BJT sebagai suis. Anda mereka bentuk RB untuk ketepuan, kadangkala dengan faktor lebih pacu, atau memutuskan sama ada RB yang diberi menepukan transistor.

Diod selari dengan perintang mengapit nod itu pada 0.7 V. Perintang kemudian mengambil 0.7/R, dan diod mengambil baki arus.

Bagi pincang pembahagi, gantikan pembahagi dengan setara Thévenin terlebih dahulu:

VTH = VCC·R2/(R1 + R2) RTH = R1 ∥ R2
IB = (VTH − 0.7) / (RTH + (β + 1)·RE) VCE = VCC − IC·RC − IE·RE

Dengan faktor lebih pacu k, reka bentuk untuk k kali arus tapak minimum: RB = (Vin − 0.7) / (k·IC(sat)/β).

Belajar langkah demi langkah dalam aplikasiBelajar langkah demi langkah dalam aplikasi

Contoh penyelesaian

Contoh 1Mudah
+−18 V470 Ω3.3 VIR​ = ?

Diod Zener 3.3 V disuap daripada 18 V melalui perintang 470 Ω, tanpa beban disambung. Cari arus IR dalam perintang.

Vin = 18 VVZ = 3.3 VR = 470 Ω

Cari nilai IR (mA)

Tunjukkan petunjuk
  1. Zener mengekalkan output pada VZ.
  2. VR = 18 − 3.3 = 14.7 V.
  3. I = V/R.
Tunjukkan jawapan dan penyelesaian langkah demi langkah

Pengatur Zener: diod Zener pincang songsang mengekalkan voltannya VZ selagi arusnya kekal di atas minimum IZ,min. Perintang siri R menanggung beza antara input dan output: IR = (Vin − VZ)/R. Arus itu terbahagi antara beban, IL = VZ/RL, dan Zener: IZ = IR − IL. Reka untuk kes terburuk: input terendah dengan beban terbesar masih mesti meninggalkan IZ,min, dan input tertinggi tanpa beban memberikan kuasa Zener terbesar PZ = VZ·IZ.

Voltan perintang

VR = 18 − 3.3 = 14.7 V

Arus

IR = 14.7/470 = 31.28 mA

Jawapan

IR = 31.28 mA
Contoh 2Sederhana
+−12 V270 Ω5.1 V3300 ΩIZ​ = ?

Pengatur Zener 5.1 V disuap daripada 12 V melalui 270 Ω dan membekalkan beban 3300 Ω. Cari arus Zener IZ.

Vin = 12 VVZ = 5.1 VR = 270 ΩRL = 3300 Ω

Cari nilai IZ (mA)

Tunjukkan petunjuk
  1. IR = (12 − 5.1)/270 = 25.56 mA.
  2. IL = 5.1/3300 = 1.545 mA.
  3. IZ = IR − IL.
Tunjukkan jawapan dan penyelesaian langkah demi langkah

Pengatur Zener: diod Zener pincang songsang mengekalkan voltannya VZ selagi arusnya kekal di atas minimum IZ,min. Perintang siri R menanggung beza antara input dan output: IR = (Vin − VZ)/R. Arus itu terbahagi antara beban, IL = VZ/RL, dan Zener: IZ = IR − IL. Reka untuk kes terburuk: input terendah dengan beban terbesar masih mesti meninggalkan IZ,min, dan input tertinggi tanpa beban memberikan kuasa Zener terbesar PZ = VZ·IZ.

Arus perintang

IR = 6.9/270 = 25.56 mA

Arus beban

IL = 5.1/3300 = 1.545 mA

Arus Zener

IZ = 25.56 − 1.545 = 24.01 mA

Jawapan

IZ = 24.01 mA
Contoh 3Sukar
RC​ = 150 Ωβ = 200IC​ = ?VCC​ = 12 V5 VRB​ = 100 kΩ

Satu transistor NPN dengan β = 200 menyuis perintang beban 150 Ω yang disambung antara VCC = 12 V dan pengumpulnya. Pemancar dibumikan. Tapak dipacu daripada keluaran logik 5 V melalui perintang tapak RB = 100 kΩ. Ambil VBE = 0.7 V dan VCE(sat) = 0.2 V. Cari arus pengumpul IC dalam mA apabila masukan tinggi. Tentukan dahulu sama ada transistor tepu.

VCC = 12 VRC = 150 Ωβ = 200Vin = 5 VVBE = 0.7 VVCE(sat) = 0.2 VRB = 100 kΩ

Cari nilai IC (mA)

Tunjukkan petunjuk
  1. Cari arus tapak daripada gelung masukan: IB = (Vin − 0.7)/RB.
  2. Bandingkan β·IB dengan arus terbesar yang dibenarkan oleh beban, IC(sat) = (VCC − 0.2)/RC.
  3. IB = 43 µA, IC(sat) = 78.67 mA.
Tunjukkan jawapan dan penyelesaian langkah demi langkah

BJT sebagai suis: untuk menghidupkan beban sepenuhnya, transistor dipacu ke dalam ketepuan, di mana VCE = VCE(sat) dan arus pengumpul ditentukan oleh beban: IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC. Ketepuan memerlukan sekurang-kurangnya IB = IC(sat)/β. Jika arus tapak lebih kecil, transistor kekal aktif dan IC = β·IB.

Arus tapak

IB = (5 − 0.7)/100 kΩ = 43 µA

Tepu atau aktif?

β·IB lebih kecil daripada IC(sat), jadi transistor kekal aktif.

β·IB = 8.6 mA
IC(sat) = (12 − 0.2)/150 = 78.67 mA

Arus pengumpul

IC = β·IB = 8.6 mA

Jawapan

IC = 8.6 mA

Transistor aktif, jadi beban tidak dihidupkan sepenuhnya.

Soalan dan jawapan

Apakah Diod & transistor?

Apabila ia mengalir (ia pincang depan), diod silikon mengekalkan kira-kira 0.7 V merentasinya, walau berapa pun arus. Inilah model sut malar.

Jadi diod yang mengalir berkelakuan seperti bateri kecil 0.7 V yang mengambil voltan. Perintang mendapat baki voltan:

Bagaimanakah saya menyelesaikan soalan Diod & transistor langkah demi langkah?

Pengatur Zener: diod Zener pincang songsang mengekalkan voltannya VZ selagi arusnya kekal di atas minimum IZ,min. Perintang siri R menanggung beza antara input dan output: IR = (Vin − VZ)/R. Arus itu terbahagi antara beban, IL = VZ/RL, dan Zener: IZ = IR − IL. Reka untuk kes terburuk: input terendah dengan beban terbesar masih mesti meninggalkan IZ,min, dan input tertinggi tanpa beban memberikan kuasa Zener terbesar PZ = VZ·IZ.

Apakah kesilapan lazim dalam Diod & transistor?
  • Zener mengekalkan 3.3 V: hanya Vin − VZ merentasi R.
  • Voltan perintang ialah Vin − VZ, bukan VZ.
  • Berikan jawapan dalam mA.
Apakah yang diliputi oleh latihan Diod & transistor?
  • Mudah: litar diod
  • Sederhana: titik pincang BJT
  • Sukar: BJT sebagai suis

Setiap soalan mempunyai nilai baharu, jadi anda mempelajari kaedah dan bukannya jawapan. Buntu? Buka petunjuk kecil dahulu, dan penerangan penuh hanya apabila anda memerlukannya.

Cara latihan berfungsi

  • Setiap soalan mempunyai nilai baharu, jadi anda mempelajari kaedah dan bukannya jawapan.
  • Buntu? Buka petunjuk kecil dahulu, dan penerangan penuh hanya apabila anda memerlukannya.
  • Kemajuan, kesilapan dan soalan tersimpan anda dikekalkan, jadi anda boleh menyemak sebelum peperiksaan.

Topik sebelum dan selepas topik ini

Pelajari dahulu

Perintang bersiri & selari

Kalkulator

Kalkulator perintang LEDKalkulator pemasa 555 (astabil dan monostabil)

Kursus dengan topik ini

Elektronik 1Latihan peperiksaan FE Elektrik dan Komputer

Lebih banyak topik dalam Elektrik

Perintang bersiri & selariSuperposisiThévenin & NortonAnalisis nodAnalisis meshFana RC & RLImpedans AU & fasorKuasa AU & faktor kuasaSalunan LC, faktor Q & lebar jalurKuasa tiga fasaPengubahMotor DCLitar op-ampPenukar DC-DCLogik digital: get, peta K & flip-flopJambatan Wheatstone & tolok terikanPerolehan data & pensampelanTransformasi LaplaceGambar rajah blokSambutan langkahPlot Bode dan marginKestabilan: Routh–Hurwitz & lokus puncaRalat keadaan mantap & kawalan PIDKonvolusi & sistem LTI

Lembaran kerja boleh cetak

Lembaran kerja Diod & transistor dengan jawapan
Berlatih Diod & transistor secara percumaBerlatih Diod & transistor sekarang5 soalan percuma setiap hari. Tiada kad diperlukan.