Diyotlar ve transistörler: adım adım çözümlü alıştırma soruları

Şekiller, ipuçları ve ayrıntılı çözümlerle ücretsiz Diyotlar ve transistörler alıştırma soruları. Her seferinde yeni değerler, üç seviyede: diyot devreleri, BJT çalışma noktası, anahtar olarak BJT.

Ücretsiz alıştırma sorusuKolay
+−24 VR = ?2,2 V15 mA

İletim gerilimi 2,2 V olan yeşil bir LED, seri bir direnç üzerinden 24 V’luk kaynakla çalışıyor. LED akımını 15 mA yapan direnci R bulun.

Vs = 24 VVF = 2,2 VI = 15 mA
Ω
Sonraki soru →
Diyotlar ve transistörler konusunu ücretsiz çalışınDiyotlar ve transistörler konusunu şimdi çalışınHer gün 5 ücretsiz soru. Kart gerekmez.

Neler çalışırsınız

  1. Kolaydiyot devreleri
  2. OrtaBJT çalışma noktası
  3. Zoranahtar olarak BJT

Temel formüller

Diyot (sabit gerilim düşümü)
VD = 0,7 V when conducting
Aktif bölge
VBE = 0,7 V, IC = β·IB, IE = (β + 1)·IB
Sabit kutuplama
IB = (VCC − 0,7)/RB
Gerilim bölücülü kutuplama
IB = (VTH − 0,7)/(RTH + (β + 1)RE)
Bölücünün Thévenin eşdeğeri
VTH = VCC·R2/(R1 + R2), RTH = R1∥R2
Kolektör çevresi
VCE = VCC − ICRC − IERE
Doyum
IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC, IB ≥ IC(sat)/β

Diyotlar ve transistörler konusunu sıfırdan öğrenin

Bundan önce: Seri ve paralel dirençler

1Diyot: tek yönlü bir valf

Diyot, akımın yalnızca bir yönde akmasına izin verir; bir su borusundaki tek yönlü valf gibi. Sembolündeki ok, akımın akabileceği yönü gösterir.

İletimde olduğunda (doğru yönde kutuplandığında) bir silisyum diyot, akımdan bağımsız olarak üzerinde yaklaşık 0,7 V tutar. Buna sabit gerilim düşümü modeli denir.

+−Vs​R0,7 VI

Yani iletimdeki bir diyot, gerilimi alan küçük bir 0,7 V’luk pil gibi davranır. Direnç geri kalanı alır:

I = (Vs − n·0,7) / R

Burada n, seri bağlı iletimdeki diyot sayısıdır. Ters bağlandığında diyot tıkar ve akım sıfırdır.

Kendini sına 9 V’luk bir kaynak, 1 kΩ’luk bir direnç ve seri bağlı iki doğru yönde kutuplanmış silisyum diyot üzerinden akım sürüyor. Akım nedir?
  1. 10,4 mA
  2. 7,6 mA
  3. 8,3 mA
  4. 9 mA

Cevap: 7,6 mA. I = (9 − 2·0,7)/1 kΩ = 7,6 mA. Yalnızca bir diyot saymak 8,3 mA, diyotları yok saymak 9 mA, gerilimlerini eklemek ise 10,4 mA verir.

2Bipolar transistör

Bir BJT (bipolar jonksiyon transistör) üç uca sahiptir: baz (B), kolektör (C) ve emetör (E). NPN tipinde akım kolektöre ve baza girer, emetörden çıkar.

RC​VCC​RB​CBEβ

Küçük bir baz akımı IB, çok daha büyük bir kolektör akımı IC’yi kontrol eder. Bir musluk gibi çalışır: kolun üzerindeki küçük bir çaba, büyük bir akışı kontrol eder.

Normal çalışma bölgesi olan aktif bölgede üç olgu geçerlidir:

VBE = 0,7 V IC = β·IB IE = (β + 1)·IB

Akım kazancı β (beta) tipik olarak 50 ile 300 arasındadır. Baz-emetör jonksiyonu bir diyottur; VBE değerinin 0,7 V olmasının nedeni budur.

Kendini sına Aktif bölgede β = 80 olan bir transistörün baz akımı 0,05 mA’dir. Kolektör akımı nedir?
  1. 0,05 mA
  2. 0,625 µA
  3. 4 mA
  4. 4,05 mA

Cevap: 4 mA. IC = β·IB = 80·0,05 = 4 mA. 4,05 mA, emetör akımı (β + 1)·IB’dir; 0,625 µA ise β ile çarpmak yerine böler.

3Aktif bölge veya doyum

Kolektör akımı RC üzerinden akar, bu yüzden transistör üzerinde kalan gerilim şudur:

VCE = VCC − IC·RC

IC sınırsız artamaz. Transistör tamamen iletimdeyken geriye yalnızca küçük bir VCE(sat) ≈ 0,2 V kalır ve akımı tek başına RC belirler:

IC(sat) = (VCC − VCE(sat)) / RC
  • Aktif bölge: β·IB, IC(sat)’tan küçüktür. O zaman IC = β·IB olur. Yükselteçlerde kullanılır.
  • Doyum: β·IB, IC(sat)’tan büyüktür. O zaman IC = IC(sat) olur, transistör kapalı (kapanmış) bir anahtardır.
  • Kesim: baz akımı yoktur, kolektör akımı yoktur. Transistör açık bir anahtardır.

Bir transistörü anahtar olarak kullanmak için ona en az IB = IC(sat)/β verirsiniz; güvenlik için çoğu zaman bunun birkaç katını.

Kendini sına β = 100 olan bir transistörde VCC = 10,2 V, RC = 2 kΩ ve baz akımı 0,1 mA’dir. VCE(sat) = 0,2 V alın. IC nedir?
  1. 0,1 mA
  2. 10 mA
  3. 5 mA
  4. 5,1 mA

Cevap: 5 mA. IC(sat) = (10,2 − 0,2)/2 = 5 mA. β·IB = 10 mA bundan fazladır, yani transistör doyumdadır ve IC = 5 mA olur. 0,2 V’u atlamak 5,1 mA verir.

4Adım adım yöntem

VCC’den bir baz direnci RB ile beslenen bir transistör için (sabit kutuplama):

  1. Baz çevrimini dolaşın: VCC, önce RB üzerinde, sonra baz-emetör jonksiyonunda 0,7 V düşer.
  2. Baz akımını bulun: IB = (VCC − 0,7)/RB.
  3. Kolektör akımını bulun: IC = β·IB.
  4. Kolektör-emetör gerilimini bulun: VCE = VCC − IC·RC.
  5. Bölgeyi kontrol edin: VCE yaklaşık 0,2 V’un üzerinde olmalıdır. Değilse transistör doyumdadır ve IC = IC(sat) olur.

V volt, R ise kΩ cinsindeyse akımlar mA çıkar. Bu, sayıları kolay tutar.

5Çözümlü bir örnek

Her adımı izleyin. Açmadan önce bir sonrakini tahmin etmeye çalışın.

Çözümlü örnek

β = 100 olan bir NPN transistörde VCC = 12 V’tan bazına RB = 565 kΩ bağlıdır, RC = 2,2 kΩ’dur ve emetör topraklanmıştır. VBE = 0,7 V alın. IC ve VCE değerlerini bulun.

1

Devreye bakın

RC​2,2 kΩVCC​ = 12 VRB​565 kΩCBEβ = 100IB​IC​VCE​

Baz akımı VCC’den RB üzerinden gelir.

2

Baz akımı

IB = (12 − 0,7) / 565 = 0,02 mA
3

Kolektör akımı

IC = β·IB = 100·0,02 = 2 mA
4

Kolektör-emetör gerilimi

VCE = 12 − 2·2,2 = 7,6 V
5

Bölgeyi kontrol edin

Doyum akımı (12 − 0,2)/2,2 = 5,36 mA olurdu. Bulduğumuz 2 mA bunun altındadır ve VCE = 7,6 V, 0,2 V’un çok üzerindedir.

Yani transistör gerçekten aktif bölgededir ve IC = β·IB kullanmak doğruydu.

Cevap

IC = 2 mA ve VCE = 7,6 V.

6Sık yapılan hatalar

  • İletimdeki her diyodun veya baz-emetör jonksiyonunun 0,7 V’luk düşümünü unutmak.
  • Transistör doyumdayken IC = β·IB kullanmak. Her zaman VCE’yi kontrol edin.
  • IC ile IE’yi karıştırmak. Emetör baz akımını da taşır: IE = (β + 1)·IB.
  • Anahtar olarak kullanımda IC(sat) hesabında VCE(sat) = 0,2 V’u unutmak veya β’ya bölmeyi unutmak.
Kendini sına β = 100 olan bir transistör, VCC = 5 V’tan 100 Ω’luk bir yükü anahtarlıyor. Baz, 5 V’tan RB üzerinden sürülüyor. VCE(sat) = 0,2 V alın. Transistörü hâlâ doyuma sokan en büyük RB nedir?
  1. 10,4 kΩ
  2. 8,6 kΩ
  3. 8,96 kΩ
  4. 89,6 Ω

Cevap: 8,96 kΩ. IC(sat) = 4,8/100 = 48 mA, yani IB ≥ 0,48 mA ve RB = (5 − 0,7)/0,48 = 8,96 kΩ. 0,7 V’u unutmak 10,4 kΩ, β’yı unutmak 89,6 Ω, 0,2 V’u atlamak ise 8,6 kΩ verir.

7Sınav soruları nasıl görünür

  • Kolay: diyot devreleri. Bir kaynak, bir direnç ve seri bir veya iki diyot ya da bir dirençle paralel bir diyot. Bir akımı mA cinsinden bulursunuz.
  • Orta: BJT çalışma noktası. Örnekteki gibi sabit kutuplama veya emetör dirençli gerilim bölücü kutuplama. IC veya VCE değerini bulursunuz.
  • Zor: anahtar olarak BJT. Doyum için RB tasarlarsınız, bazen aşırı sürme çarpanıyla; ya da verilen bir RB’nin transistörü doyuma sokup sokmadığına karar verirsiniz.

Bir dirençle paralel bağlı diyot, o düğümü 0,7 V’ta sabitler. Direnç o zaman 0,7/R akımı çeker, geri kalan akımı diyot çeker.

Bölücülü kutuplamada önce bölücüyü Thévenin eşdeğeriyle değiştirin:

VTH = VCC·R2/(R1 + R2) RTH = R1 ∥ R2
IB = (VTH − 0,7) / (RTH + (β + 1)·RE) VCE = VCC − IC·RC − IE·RE

Aşırı sürme çarpanı k ile, minimum baz akımının k katı için tasarlayın: RB = (Vin − 0,7) / (k·IC(sat)/β).

Uygulamada adım adım öğreninUygulamada adım adım öğrenin

Çözümlü örnekler

Örnek 1Kolay
+−18 V470 Ω3,3 VIR​ = ?

3,3 V’luk bir Zener diyot, yük bağlı olmadan 470 Ω’luk bir dirençle 18 V’tan besleniyor. Dirençteki akımı IR bulun.

Vin = 18 VVZ = 3,3 VR = 470 Ω

İstenen: IR (mA)

İpuçlarını göster
  1. Zener çıkışı VZ’de tutar.
  2. VR = 18 − 3,3 = 14,7 V.
  3. I = V/R.
Cevabı ve adım adım çözümü göster

Zener regülatörü: ters öngerilimli bir Zener diyot, akımı en küçük IZ,min değerinin üzerinde kaldığı sürece VZ gerilimini tutar. R seri direnci, giriş ile çıkış arasındaki farkı alır: IR = (Vin − VZ)/R. Bu akım yük, IL = VZ/RL, ile Zener arasında bölünür: IZ = IR − IL. En kötü durumlara göre tasarlayın: en büyük yükte en düşük giriş yine de IZ,min bırakmalı, yüksüz durumda en yüksek giriş ise en büyük Zener gücünü PZ = VZ·IZ verir.

Direnç gerilimi

VR = 18 − 3,3 = 14,7 V

Akım

IR = 14,7/470 = 31,28 mA

Cevap

IR = 31,28 mA
Örnek 2Orta
+−12 V270 Ω5,1 V3300 ΩIZ​ = ?

5,1 V’luk bir Zener regülatörü 270 Ω üzerinden 12 V’tan besleniyor ve 3300 Ω’luk bir yükü besliyor. Zener akımını IZ bulun.

Vin = 12 VVZ = 5,1 VR = 270 ΩRL = 3300 Ω

İstenen: IZ (mA)

İpuçlarını göster
  1. IR = (12 − 5,1)/270 = 25,56 mA.
  2. IL = 5,1/3300 = 1,545 mA.
  3. IZ = IR − IL.
Cevabı ve adım adım çözümü göster

Zener regülatörü: ters öngerilimli bir Zener diyot, akımı en küçük IZ,min değerinin üzerinde kaldığı sürece VZ gerilimini tutar. R seri direnci, giriş ile çıkış arasındaki farkı alır: IR = (Vin − VZ)/R. Bu akım yük, IL = VZ/RL, ile Zener arasında bölünür: IZ = IR − IL. En kötü durumlara göre tasarlayın: en büyük yükte en düşük giriş yine de IZ,min bırakmalı, yüksüz durumda en yüksek giriş ise en büyük Zener gücünü PZ = VZ·IZ verir.

Direnç akımı

IR = 6,9/270 = 25,56 mA

Yük akımı

IL = 5,1/3300 = 1,545 mA

Zener akımı

IZ = 25,56 − 1,545 = 24,01 mA

Cevap

IZ = 24,01 mA
Örnek 3Zor
RC​ = 150 Ωβ = 200IC​ = ?VCC​ = 12 V5 VRB​ = 100 kΩ

β = 200 olan bir NPN transistör, VCC = 12 V ile kolektörü arasına bağlı 150 Ω değerindeki bir yük direncini anahtarlıyor. Emetör topraklıdır. Baz, 5 V’luk bir lojik çıkıştan RB = 100 kΩ baz direnci üzerinden sürülüyor. VBE = 0,7 V ve VCE(sat) = 0,2 V alın. Giriş yüksekteyken kolektör akımı IC değerini mA cinsinden bulun. Önce transistörün doyumda olup olmadığına karar verin.

VCC = 12 VRC = 150 Ωβ = 200Vin = 5 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 VRB = 100 kΩ

İstenen: IC (mA)

İpuçlarını göster
  1. Baz akımını giriş çevresinden bulun: IB = (Vin − 0,7)/RB.
  2. β·IB’yi yükün izin verdiği en büyük akım IC(sat) = (VCC − 0,2)/RC ile karşılaştırın.
  3. IB = 43 µA, IC(sat) = 78,67 mA.
Cevabı ve adım adım çözümü göster

Anahtar olarak BJT: bir yükü tamamen açmak için transistör doyuma sürülür; doyumda VCE = VCE(sat) olur ve kolektör akımını yük belirler: IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC. Doyum için en az IB = IC(sat)/β gerekir. Baz akımı daha küçükse transistör aktif kalır ve IC = β·IB olur.

Baz akımı

IB = (5 − 0,7)/100 kΩ = 43 µA

Doyumda mı, aktif mi?

β·IB, IC(sat)’tan küçüktür, bu yüzden transistör aktif kalır.

β·IB = 8,6 mA
IC(sat) = (12 − 0,2)/150 = 78,67 mA

Kolektör akımı

IC = β·IB = 8,6 mA

Cevap

IC = 8,6 mA

Transistör aktiftir, bu yüzden yük tamamen açılmaz.

Sorular ve cevaplar

Diyotlar ve transistörler nedir?

İletimde olduğunda (doğru yönde kutuplandığında) bir silisyum diyot, akımdan bağımsız olarak üzerinde yaklaşık 0,7 V tutar. Buna sabit gerilim düşümü modeli denir.

Yani iletimdeki bir diyot, gerilimi alan küçük bir 0,7 V’luk pil gibi davranır. Direnç geri kalanı alır:

Diyotlar ve transistörler soruları adım adım nasıl çözülür?

Zener regülatörü: ters öngerilimli bir Zener diyot, akımı en küçük IZ,min değerinin üzerinde kaldığı sürece VZ gerilimini tutar. R seri direnci, giriş ile çıkış arasındaki farkı alır: IR = (Vin − VZ)/R. Bu akım yük, IL = VZ/RL, ile Zener arasında bölünür: IZ = IR − IL. En kötü durumlara göre tasarlayın: en büyük yükte en düşük giriş yine de IZ,min bırakmalı, yüksüz durumda en yüksek giriş ise en büyük Zener gücünü PZ = VZ·IZ verir.

Diyotlar ve transistörler konusunda en sık yapılan hatalar nelerdir?
  • Zener 3,3 V tutar: R üzerinde yalnızca Vin − VZ vardır.
  • Direnç gerilimi VZ değil, Vin − VZ’dir.
  • Yanıtı mA cinsinden verin.
Diyotlar ve transistörler alıştırmaları neleri kapsar?
  • Kolay: diyot devreleri
  • Orta: BJT çalışma noktası
  • Zor: anahtar olarak BJT

Her soruda yeni değerler olur; böylece bir cevabı değil, yöntemi öğrenirsiniz. Takıldınız mı? Önce küçük bir ipucu açın, tam açıklamayı ise yalnızca gerektiğinde.

Çalışma nasıl işler

  • Her soruda yeni değerler olur; böylece bir cevabı değil, yöntemi öğrenirsiniz.
  • Takıldınız mı? Önce küçük bir ipucu açın, tam açıklamayı ise yalnızca gerektiğinde.
  • İlerlemeniz, hatalarınız ve kaydettiğiniz sorular saklanır; böylece sınavdan önce gözden geçirebilirsiniz.

Bu konudan önceki ve sonraki konular

Önce öğrenin

Seri ve paralel dirençler

Hesaplayıcılar

LED direnci hesaplayıcı555 zamanlayıcı hesaplayıcı (astable ve monostable)

Bu konuyu içeren dersler

Elektronik 1FE Electrical and Computer sınav hazırlığı

Elektrik alanında diğer konular

Seri ve paralel dirençlerSüperpozisyonThévenin ve NortonDüğüm analiziÇevre analiziRC ve RL geçici rejimAC empedans ve fazörlerAC güç ve güç faktörüLC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliğiÜç fazlı güçTransformatörlerDC motorlarOp-amp devreleriDC–DC dönüştürücülerSayısal mantık: kapılar, K-haritaları ve flip-floplarWheatstone köprüsü ve gerinim ölçerlerVeri toplama ve örneklemeLaplace dönüşümleriBlok diyagramlarBasamak yanıtıBode diyagramları ve paylarKararlılık: Routh–Hurwitz ve kök yer eğrisiKalıcı durum hatası ve PID denetimiEvrişim ve LTI sistemler

Yazdırılabilir çalışma kâğıdı

Cevaplı Diyotlar ve transistörler çalışma kâğıdı
Diyotlar ve transistörler konusunu ücretsiz çalışınDiyotlar ve transistörler konusunu şimdi çalışınHer gün 5 ücretsiz soru. Kart gerekmez.