Dæmi um umræðuspurningar um transistor
Transistorar eru grundvallarhlutir rafeindabúnaðar sem gegna mikilvægu hlutverki í nánast öllum nútíma rafeindatækjum. Transistorar virka sem rofar og merkjamagnarar og gera kleift að nota háþróaða tækni eins og tölvur, farsíma og mörg önnur tæki. Í þessari grein munum við fjalla um nokkur dæmi og lausnir þeirra til að hjálpa okkur að skilja betur hvernig transistorar virka.
1. Inngangur að smárum
Áður en við förum í dæmin, skulum við ræða aðeins um smára sjálfa. Smári er hálfleiðari sem samanstendur af þremur lögum af mismunandi efnum, oftast þekkt sem NPN eða PNP, allt eftir því hversu mikið hálfleiðaraefnið er í honum. Hann hefur þrjá tengipunkta: Grunntengi (B), Senditæki (E) og Safnara (C).
Tegundir smára
– NPN smári: Tegund smára þar sem grunnlagið er staðsett á milli tveggja N-laga laga.
– PNP smári: Tegund smára þar sem grunnlagið er staðsett á milli tveggja P-laga laga.
Þessar tvær gerðir af smárum virka á svipaðan hátt, en straumstefnan og skekkjupólunin eru mismunandi.
Transistor virkni
– Sem rofi: Hægt er að nota smára til að kveikja eða slökkva á rafstraumi í rás.
– Sem magnari: Transistorar geta magnað lítil inntaksmerki í stærri útganga.
2. Dæmi um spurningar og umræður
Spurning 1: Almenn grunnstilling á NPN smára
Spurning: NPN smári með sameiginlegri grunnstillingu hefur emitterstraum (IE) upp á 5 mA og safnarastraum (IC) upp á 4.9 mA. Ákvarðið grunnstrauminn (IB) og α (alfa) breytuna í smáranum.
Umræða:
– Það er vitað:
– Sendingarstraumur (IE) = 5 mA
– Safnarastraumur (IC) = 4.9 mA
– Spurning: Grunnstraumur (IB) og breyta α.
1. Útreikningur á grunnstraumi:
Grunnstraumurinn fæst með jöfnunni:
\[
I_E = I_B + I_C
\]
Svo,
\[
I_B = I_E – I_C = 5 mA – 4.9 mA = 0.1 mA
\]
2. Útreikningur á breytu α:
Breytan α (alfa) er hlutfallið milli safnarastraumsins og emitterstraumsins:
\[
alfa = \frac{I_C}{I_E} = \frac{4.9 \text{mA}}{5 \text{mA}} = 0.98
\]
Þannig er grunnstraumurinn (IB) 0.1 mA og gildi breytunnar α er 0.98.
Spurning 2: Algeng emitterstilling á NPN smára
Spurning: NPN smári hefur grunnstraum (IB) upp á 20 µA og grunnstraumsaukningu (β) upp á 100. Reiknið út safnarastrauminn (IC) og emitterstrauminn (IE).
Umræða:
– Það er vitað:
– Grunnstraumur (IB) = 20 µA
– Grunnstraumsaukning (β) = 100
– Spurning: Safnarastraumur (IC) og emitterstraumur (IE).
1. Útreikningur á safnarastraumi:
Safnarstraumurinn fæst með jöfnunni:
\[
I_C = β × I_B = 100 × 20 µA = 2000 µA = 2 mA
\]
2. Útreikningur á emitterstraumi:
Sendingarstraumurinn fæst með jöfnunni:
\[
I_E = I_B + I_C = 20 µA + 2000 µA = 2020 µA = 2.02 mA
\]
Þannig er safnarastraumurinn (IC) 2 mA og emitterstraumurinn (IE) er 2.02 mA.
Vandamál 3: Rás með smáramagnara
Spurning: Í NPN smára magnararás er grunn-emitter spennan (V_BE) 0.7V, safnara-emitter spennan (V_CE) er 5V og aflgjafaspennan (V_CC) er 12V. Ef safnaraviðnámið (R_C) er 1 kΩ og grunnstraumurinn (IB) er 30 µA, ákvarðaðu þá safnarastrauminn (IC) og safnaraspennuna (V_C).
Umræða:
– Það er vitað:
– Grunnspenna (V_BE) = 0.7V
– Safnara-emitter spenna (V_CE) = 5V
– Uppsprettuspenna (V_CC) = 12V
– Safnaraviðnám (R_C) = 1 kΩ = 1000 Ω
– Grunnstraumur (IB) = 30 µA
– Spurning: Safnarstraumur (IC) og safnarspenna (V_C).
1. Útreikningur á grunnstraumsaukningu (β):
Miðað við ofangreinda stillingu getum við gert ráð fyrir að smárinn sé í virku ástandi. Þess vegna notum við:
\[
V_{CE} = V_C – V_E = 5V
\]
Þar sem V_E er lítill miðað við jörð (venjulega 0V), þá:
\[
V_C \u.þ.b. 5V
\]
2. Útreikningur á safnarastraumi:
Hægt er að reikna út safnarastrauminn með lögmáli Ohms:
\[
I_C = \frac{V_{CC} – V_C}{R_C}
\]
Skipta út gildum:
\[
I_C = \frac{12V – 5V}{1000 Ω} = \frac{7V}{1000 Ω} = 7 \text{mA}
\]
3. Útreikningur á spennu safnara:
Með því að nota reiknaðan straum:
\[
V_C = V_{CC} – (I_C × R_C) = 12V – (7 mA × 1000 Ω) = 12V – 7V = 5V
\]
Þannig er safnarastraumurinn (IC) 7 mA og safnaraspennan (V_C) er 5V.
Niðurstaða
Transistorar eru grundvallarþættir í rafeindatækni og virka sem rofar og magnarar. Með því að skilja dæmi eins og það sem að ofan er hægt að nota transistora auðveldlegar í ýmsar gerðir rafrása. Að skilja breytur eins og grunnstraum, safnarastraum, safnara-emitter spennu og grunnstraumsstyrk (β) er grundvallarskref í hönnun og greiningu rafrása. Við vonum að þessi grein hafi verið gagnleg við að dýpka þekkingu okkar á transistorum!
