액티브 모드의 바이폴라 접합 트랜지스터

BJT Transistor Operation Modes/Active, Saturation, Cutoff and Reverse Active modes of BJT Transistor (칠월 2019).

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Anonim

액티브 모드의 바이폴라 접합 트랜지스터

이산 반도체 소자 및 회로


질문 1

그냥 거기 앉아 있지 마! 빌드 무언가 !!

회로를 수학적으로 분석하는 방법을 배우려면 많은 연구와 실습이 필요합니다. 일반적으로 학생들은 많은 샘플 문제를 해결하고 교과서 나 강사가 제공 한 문제에 대한 답을 확인합니다. 이것이 좋은 동안, 훨씬 좋은 방법이 있습니다.

실제 회로 를 실제로 구축하고 분석 하여 테스트 장비가 책이나 다른 사람 대신 "대답"을 제공하게함으로써 훨씬 더 많은 것을 배우게됩니다. 성공적인 회로 제작 연습을 위해 다음 단계를 따르십시오.

  1. 회로 구성에 앞서 모든 구성 요소 값을 조심스럽게 측정하고 기록하십시오. 활성 구성 요소에 손상을 줄 수있을만큼 높은 저항 값을 선택하십시오.
  2. 분석 할 회로의 회로도를 그립니다.
  3. 조심스럽게 브레드 보드 또는 다른 편리한 매체에이 회로를 구축하십시오.
  4. 회로의 정확도를 확인하고, 각 배선을 따라 각 연결 지점을 확인하고 다이어그램에서 이러한 요소를 하나씩 확인하십시오.
  5. 회로를 수학적으로 분석하여 모든 전압 및 전류 값을 해결합니다.
  6. 모든 전압과 전류를 조심스럽게 측정하여 분석의 정확성을 검증하십시오.
  7. 상당한 오류 (몇 퍼센트 이상)가 있으면 다이어그램과 비교하여 회로의 구성을 신중히 확인한 다음 조심스럽게 값을 다시 계산하고 다시 측정하십시오.

학생들이 반도체 소자에 대해 처음 배우고 서킷에서 부적절한 연결을 만들어 손상시킬 가능성이있는 경우 큰 와트 수의 부품 (1N4001 정류 다이오드, TO-220 또는 TO-3 케이스 파워 트랜지스터, 등) 및 벤치 탑 전원 공급 장치가 아닌 건전지 배터리 전원 공급 장치를 사용합니다. 이렇게하면 구성 요소가 손상 될 가능성이 줄어 듭니다.

평소와 같이 저항 값이 매우 높거나 낮 으면 높은 값에서 미터 "로드"로 인한 측정 오류를 피하고 로우 엔드에서는 트랜지스터 소모를 피하십시오. 1kΩ ~ 100kΩ 사이의 저항을 권장합니다.

시간을 절약하고 오류의 가능성을 줄일 수있는 한 가지 방법은 매우 간단한 회로부터 시작하여 각 실습 문제에 대해 완전히 새로운 회로를 작성하는 대신 구성 요소를 점진적으로 추가하여 각 분석 후에 복잡성을 증가시키는 것입니다. 또 다른 시간 절약 기술은 다양한 회로 구성에서 동일한 구성 요소를 재사용하는 것입니다. 이렇게하면 구성 요소의 값을 두 번 이상 측정 할 필요가 없습니다.

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전자 자체가 당신에게 당신의 자신의 "연습 문제"에 대한 답변을 제공하게하십시오!

노트:

학생들이 능숙 해지기 위해 회로 분석에 많은 연습이 필요하다는 것이 제 경험이었습니다. 이를 위해 강사는 일반적으로 학생들에게 많은 실습 문제를 제공하여 학생들이 일을 점검 할 수있는 답을 제공합니다. 이 접근법은 학생들이 회로 이론에 능숙하게 만들지 만 완전히 교육시키지 못합니다.

학생들은 단지 수학적인 연습이 필요하지 않습니다. 또한 회로를 구축하고 테스트 장비를 사용하는 실습 연습을 필요로합니다. 그래서 나는 다음과 같은 대체 접근법을 제안합니다. 학생들은 실제 구성 요소로 자신의 "실습 문제"를 만들고 다양한 전압과 전류 값을 수학적으로 예측하려고 노력해야합니다. 이 방법은 수학 이론이 "생생하게"생기고 학생들은 방정식을 풀어서 얻지 못하는 실제 실력을 얻습니다.

이 실습 방법을 따르는 또 다른 이유는 학생들에게 과학적 방법 을 가르치는 것입니다. 실제 실험을 수행하여 가설 (이 경우에는 수학적 예측)을 테스트하는 프로세스입니다. 학생들은 때때로 회로 구성 오류를 만들 때 실제 문제 해결 기술을 개발할 것입니다.

수업 시작과 함께 잠시 시간을내어 회로를 작성하기 전에 규칙을 검토하십시오. 학생들과 함께이 문제를 소크라테스 식으로 토론하십시오. 단순히 워크 시트 질문에 대해 토의하는 것보다는 단순히해야 할 일과해야하지 말아야 할 것을 말하기 만하면됩니다. 나는 전형적인 강의 (강사 독백) 형식으로 제시 될 때 학생들이 수업을 제대로 이해하지 못하는 것에 놀라지 않을 수 없다!

이론적 인 회로를 수학적으로 분석하는 대신 실제 회로를 만드는 데 필요한 "낭비되는"시간에 대해 불평 할 수도있는 강사에게 보내는 메모 :

학생들이 코스를 수강하는 목적은 무엇입니까? "워크 시트 패널 패널 - 기본값"itemscope>

질문 2

복잡한 전자 부품의 모델 은 회로 분석에 유용합니다. 왜냐하면 비교적 간단한 수학적 동작으로 이상적인 부품의 관점에서 소자의 대략적인 동작을 표현할 수 있기 때문입니다. 트랜지스터는 증폭기 회로 분석을 위해 자주 모델링되는 구성 요소의 좋은 예입니다.

모델은 결코 실제 물건의 완벽한 복제품이 아님을 이해해야합니다. 어떤 시점에서 모든 모델은 모델링되는 것을 정확히 모방하지 못합니다. 유일한 근본적인 관심사는 우리의 근사치가 얼마나 정확 한가하는 것입니다 : 구성 요소의 어떤 특성이 우리에게 가장 큰 영향을 미치는지, 어떤 특성은 그렇지 않은지에 대한 것입니다.

예를 들어, 작은 AC 신호에 대한 트랜지스터 증폭기 회로의 응답을 분석 할 때, 베이스 이미 터 다이오드가 항상 전도되도록 DC 신호에 의해 트랜지스터가 "바이어 싱"된다고 종종 가정합니다. 이 경우 트랜지스터가 AC 신호에 어떻게 반응하는지에 관심이 있다면 트랜지스터 모델에서 다이오드 접합을 안전하게 제거 할 수 있습니다.

그러나 모델에서 0.7 볼트 (공칭) DC 전압 강하가 없더라도 AC 신호가 트랜지스터를 통해 흐를 때 AC 신호가 발생하는 임피던스가 여전히 존재합니다. 사실, 저항 자체와 소문자 r '지정자로 상징화되는 트랜지스터 자체에는 여러 가지 고유 한 임피던스가 존재합니다.

트랜지스터의베이스 - 이미 터 접합을 통과하는 AC 전류의 관점 에서 다음 트랜지스터 모델이 동일한 이유를 설명하십시오.

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이 두 모델은 주어진 전류 (i b )가베이스와 이미 터 사이에서 동일한 양의 전압 강하를 유발하기 때문에 동일합니다 (v = ir).

v = i b r ' b + (i b + β i b ) r'e 왼손 모델

v = i b (r ' b + (β + 1) r'e) 오른손 모델

이 두 표현식의 수학적 동일성은 왼쪽 모델 방정식의 모든 항으로부터 i b 를 인수 분해하여 나타낼 수 있습니다.

노트:

이 질문의 목적은 학생들에게 BJT 모델링의 개념을 소개하고, 또한이 모델에서 일반적으로 사용되는 기호와 표현을 익히는 것입니다 (물론 DC 저항 네트워크 이론과 대수학 검토의 비트는 물론입니다). !).

질문 3

부하 선 은 트랜지스터 증폭 회로를 분석하는 데 유용한 도구이지만 처음에는 이해하기 어려울 수 있습니다. "부하 선"이 무엇이며 어떻게 결정되는지 이해하는 데 도움이되도록이 간단한 2 저항 회로에 하나를 적용 할 것입니다.

부하 선의 이점을보기 위해 저항 R1에 대한 "특성 곡선"과 함께이 간단한 2 저항 회로의 부하 선을 플로팅해야합니다. 로드 선은 다른 플롯과 겹칠 때만 의미가 있습니다. 먼저 단자 AB 사이의 전압 / 전류 관계로 정의 된 R 1 의 특성 곡선 :

다음으로 1.5kΩ 부하 저항으로 정의 된 부하 선을 플롯합니다. 이 "부하 선"은 부하에서 전압 강하를 고려하여 부하 전류의 함수로 동일한 두 단자 (V AB ) 사이에 사용 가능한 전압을 나타냅니다.

어떤 전류 값 (I R1 )에서 두 선이 "# 3"을 교차시킵니다> 대답을 공개합니다 대답 숨기기

I R = 8 mA는이 회로를 간단한 직렬 저항 네트워크로 분석 한 경우 계산할 수있는 전류 값과 같습니다.

후속 질문 : "단순한 회로에서 '특성 곡선'과 '부하 선'을 그려 보는 것이 무엇인지 궁금해 할 수 있습니다. 전류를 풀기 위해해야 ​​할 일은 두 저항을 더하고 그 총 저항 값을 전체 전압으로 나눕니까? "물론, 로드 라인이 작동 하는 방법 을 설명 하는 것을 제외하고는 솔직히 이런 간단한 회로를 분석하는 데는 아무런 포인트가 없습니다. 당신의 후속 질문은 다음과 같습니다. 부하 라인을 플로팅하는 것이 실제로 회로 동작을 분석하는 데 도움이되는 곳은 어디입니까? 전류를 해결하기 위해 부하 라인 분석을 필요로하는이 2 가지 저항 회로에 대한 수정을 생각해 볼 수 있습니까?

노트:

이 회로 분석 방법은로드 라인을 사용하여 2- 레지스터 회로에서 전류를 계산하는 것처럼 어리석은 것처럼 보일 수 있지만, 연구 시점에서 학생들에게 분명해야하는 상황에서로드 라인의 원리를 보여줍니다. 학생들에게 두 라인을 얻는 방법에 대해 토론하십시오 (하나는 저항기 R1에 대한 것이고 다른 하나는 전체 소스 전압과 부하 저항기의 값에 따라 R1에 사용 가능한 전압을 플로팅하는 것입니다).

또한 교차하는 두 선의 중요성에 대해 토론하십시오. 수학적으로 두 그래프의 교차점은 무엇을 의미합니까? 동시 기능 시스템에서 교점의 좌표 값은 무엇을 나타내는가? 이 원리는 전자 회로와 어떤 관련이 있습니까?

질문 4

부하 선 은 트랜지스터 증폭 회로를 분석하는 데 유용한 도구이지만 다른 유형의 회로에도 적용될 수 있습니다. 예를 들어이 다이오드 - 저항 회로를 예로 들어 보겠습니다.

다이오드의 특성 곡선은 이미 다음 그래프에 그려져 있습니다. 당신의 임무는 회로의 부하 선을 동일한 그래프에 플롯하고 두 선이 교차하는 위치를 기록하는 것입니다.

이 두 플롯의 교차점 "# 4"의 실용적인 의미는 무엇입니까> 공개 답변 답변 숨기기

두 선은 약 1.72 mA의 전류에서 교차합니다.

후속 질문 : 부하 선을 사용하면 다이오드 - 저항 회로에서 회로 전류를 쉽게 결정할 수있는 이유를 설명하십시오.

도전 과제 : 저항 값이 2.5 kΩ에서 10 kΩ로 증가했다고 가정합니다. 로드 라인 플롯과 두 플롯의 교차점에서 "노트 숨김"과의 차이점> 참고 :

이 회로 분석에 대한 접근 방식은로드 라인을 사용하여 다이오드 - 레지스터 회로에서 전류를 계산하는 것처럼 어리석은 것처럼 보일 수 있지만, 연구 시점에서 학생들에게 분명해야하는 상황에서로드 라인의 원리를 보여줍니다. 학생들에게이 회로에 대한 부하 선이 어떻게 얻어지고 다이오드의 특성 곡선이 직선인지 알 수없는 이유에 대해 논의하십시오.

또한 교차하는 두 선의 중요성에 대해 토론하십시오. 수학적으로 두 그래프의 교차점은 무엇을 의미합니까? 동시 기능 시스템에서 교점의 좌표 값은 무엇을 나타내는가? 이 원리는 전자 회로와 어떤 관련이 있습니까?

질문 5

트랜지스터 동작의 매우 중요한 척도는 특성 곡선, 주어진 양의 기저 전류에 대해 광범위한 컬렉터 이미 터 전압 강하에 대한 컬렉터 전류를 보여주는 그래프 세트입니다. 다음 플롯은 고정 된 기본 전류 값을 갖는 바이폴라 트랜지스터의 일반적인 곡선입니다.

이 그래프를 만들기 위해 데이터를 수집하는 "테스트 회로"는 다음과 같습니다.

이 그래프에서 채도, 활성 및 내역의 세 가지 영역을 식별하고 각 용어의 의미를 설명하십시오. 또한이 곡선의 어느 부분이 트랜지스터가 전류 조절 장치처럼 작용하는지 식별하십시오.

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트랜지스터의 최상의 전류 레귤레이션 동작은 "활성"영역에서 발생한다.

후속 질문 : 컬렉터와 에미 터 단자 사이에서 단락 된 트랜지스터에 대해 특성 곡선이 어떻게 생겼는지 "숨겨진 노트"> ​​참고 :

학생들에게 완벽한 전류 조절 곡선이 어떻게 생겼는지 물어보십시오. 이 완벽한 곡선은 전형적인 트랜지스터에 대한이 질문에서 보여지는 특성 곡선과 어떻게 비교 되는가?

주의 사항은 순서대로입니다. 커브 데이터 수집을 위해 질문에 표시된 것과 같은 테스트 회로를 구축하지 않는 것이 좋습니다. 트랜지스터가 상당한 시간 동안 전력을 분산 시키면 과열되어 커브가 급격하게 변합니다. 실제 트랜지스터 곡선은 콜렉터 - 에미 터 전압을 스윕하고베이스 전류를 매우 빠르게 (형광체가 빛나기 전에 오실로스코프 화면의 모든 곡선을 "칠"할 수있을 정도로 충분히 빠르게) 곡선을 그리는 테스트 장비로 생성됩니다 ).

질문 6

트랜지스터에 여러 가지 다른 기저 전류가 흐르고 이들 기저 전류 값의 전체 범위를 통해 컬렉터 - 에미 터 전압 (V CE ) ß "가 가해지면 특성 곡선의 전체"계열 "에 대한 데이터를 얻고 그래프로 나타낼 수 있습니다 :

이 특성 곡선은 컬렉터 전류 "# 6"에 대한베이스 전류의 제어를 나타냅니다.> 공개 답변

컬렉터 전류는 "활성"영역에서베이스 전류에 직접 비례합니다 (대부분).

노트:

학생들에게 완벽한 트랜지스터에 대한 특성 곡선이 어떻게 보이는지 물어보십시오. 하나는 콜렉터 - 에미 터 전압의 전체 범위에서 컬렉터 전류의 완벽한 조절기입니다.

질문 7

바이폴라 접합 트랜지스터의 컬렉터 단자를 통한 전류의 전도는 소수 캐리어가베이스 - 이미 터 전류에 의해베이스 영역에 "주입"될 것을 요구한다. 베이스 영역에 주입 된 후에 만 ​​이들 전하 캐리어는 이미 터와 컬렉터 사이의인가 된 전압에 의해 컬렉터를 향해 스윕되어 콜렉터 전류를 구성 할 수있다 :

이것을 설명하는 데 도움이되는 비유는 머리 위로 공중에 꽃잎을 던지는 사람, 바람이 피고를 수평으로 멀리 옮기는 사람입니다. 사람이 공중에 그들을 놓을 때까지 꽃잎은 산들 바람에 의해 "휩쓸 리지"않을 수 있습니다. 그리고 산들 바람의 속도는 얼마나 많은 꽃잎이 사람에게서 휩쓸 리지 않는 것과 관련이 없습니다. 그 사람의 손아귀가 어디든지 갈 수 있기 전에.

에너지 다이어그램 또는 꽃 꽃잎 유추를 참조하여 BJT의 컬렉터 전류가베이스 전류에 크게 영향을 받고 컬렉터 - 이미 터 전압에 의해 약하게 영향을받는 이유를 설명하십시오.

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플라워 페달을 공중에 던지기의 작용은 트랜지스터의베이스 영역에 전하 캐리어를 주입하는베이스 전류와 유사하다. 바람에 의해 그 꽃잎을 던져 버리는 것은 V CE에 의해베이스를 가로 지르는 전하 캐리어를 수집하는 것과 유사합니다. 꽃잎이 드리프트하는 횟수와 마찬가지로 콜렉터 전류의 양은 V CE (바람의 강도)의 강도에 크게 좌우되지 않고 주입 된 전하 캐리어의 속도 (초당 상승하는 꽃잎의 수) .

노트:

이것은 BJT 연산을 설명하기위한 더 나은 비유 중 하나입니다. 특히 C 가 V CE 와 거의 독립적 인 이유를 설명하는 데 특히 유용합니다. 또한 트랜지스터의 역 회복 시간을 설명하는 데 도움이됩니다. 던지기를 멈춘 후에 던져진 플라워 꽃잎이 공기를 얼마나 오래 걸리는 지 상상해보십시오. 기저 전류 후에 VCE에 의해 기저부 영역 밖으로 흘러 내야하는 잠재 전하 캐리어와 유사합니다 멈 춥니 다.

질문 8

트랜지스터에 대한 다음과 같은 특성 곡선이 주어지면이 트랜지스터 회로에 대한 컬렉터 전류의 대략적인 양을 결정하십시오.

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I C ≈ 4.75 mA

후속 질문 : 전압 소스가 35 볼트로 증가하면 콜렉터 전류가 얼마나 증가할까요? "숨겨진 노트"> ​​참고 :

이 질문은 특성 곡선을 해석하는 연습 일뿐입니다.

질문 9

다음 회로도는 오실로스코프 화면에서 다양한 전자 부품의 전류 / 전압 특성을 플로팅하는 데 사용되는 간단한 곡선 트레이서 회로입니다 .

작동 방식은 테스트중인 장치의 터미널에 AC 전압을 적용하여 두 가지 전압 신호를 오실로스코프에 출력하는 것입니다. 오실로스코프의 수평축을 구동하는 한 신호는 장치의 두 단자에 걸리는 전압을 나타냅니다. 오실로스코프의 수직축을 구동하는 다른 신호는 션트 저항을 통해 떨어지는 전압으로, 디바이스를 통과하는 전류를 나타냅니다. 오실로스코프가 "XY"모드로 설정된 상태에서 전자빔은 장치의 특성 곡선을 추적합니다.

예를 들어, 간단한 저항으로이 오실로스코프 디스플레이를 생성 할 수 있습니다.

더 큰 값의 저항 (저항이 더 많은 옴)은 동일한 양의인가 된 전압에 대해 더 적은 전류를 나타내는 더 얕은 기울기를 갖는 특성 플롯을 생성합니다.

커브 트레이서 회로는 전압 / 전류 동작이 비선형 인 반도체 부품을 테스트 할 때 실제 가치를 발견합니다. 예를 들어 일반적인 정류 다이오드의 특성 곡선을 예로 들어 보겠습니다.

트레이스는 적용된 전압이 음수 인 중앙에서 왼쪽 편평하고 역방향으로 바이어스 될 때 다이오드 전류가 없음을 나타냅니다. 하지만 중앙의 오른쪽에있는 트레이스는 급격하게 위쪽으로 구부러져 "다이오드 방정식"이 예측하는 것처럼인가 전압이 증가함에 따라 지수 적 다이오드 전류를 나타냅니다 (순방향 바이어스).

다음 그리드에서 쇼트가 발생한 다이오드와 실패한 다이오드의 특성 곡선을 그려보십시오.

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노트:

특성 곡선은 일부 학생들이 이해하기 쉬운 개념은 아니지만 매우 유익합니다. 비선형 장치의 전기적 거동을 설명 할 수있을뿐만 아니라 측정하기 어려운 결함을 진단하는데도 사용할 수 있습니다. 학생들에게 짧은 곡선과 열린 곡선이 어떻게 생겼는지 알아내는 것은이 진단 도구와 특성 곡선의 특성에 대한 마음을 열 수있는 좋은 방법입니다.

오실로스코프 채널 중 하나는 특성 곡선이 디스플레이의 올바른 사분면에 나타나도록 "반전"되어야합니다. 대부분의 듀얼 트레이스 오실로스코프는 이러한 목적을 위해 잘 작동하는 "채널 반전 (channel invert)"기능을 가지고 있습니다. 오실로스코프의 채널 반전 기능을 사용하면 잘못된 축을 뒤집을 수 있습니다. 두 축을 동시에 뒤집어서 테스트 장치의 연결을 곡선 트레이서 회로로 반대로 전환 할 수 있습니다. 장치 연결을 반대로하고 오실로스코프의 한 채널을 반전시킬 때 원하는 방식으로 곡선을 그릴 수 있습니다!

질문 10

바이폴라 접합 트랜지스터가베이스 전류가 일정 할 때 콜렉터 - 이미 터 전압 강하의 넓은 범위에서 컬렉터 전류를 조절하는 경향이 있는지 설명하십시오. 내부적으로 BJT의 컬렉터 전류는 컬렉터 - 이미 터 전압에 상대적으로 독립적이며베이스 전류 "# 10"에 크게 의존합니다.> 공개 답변

BJT는 소수 캐리어 장치이기 때문에, 대부분의 컬렉터 전류는 이미 터에서베이스 영역으로 주입 된 전하 캐리어의 결과입니다. 이 전하 캐리어 주입 속도는베이스 - 이미 터 접합 여기의 함수이기 때문에베이스 전류 (또는보다 적절하게, 베이스 - 이미 터 전압)는 주로 컬렉터 - 이미 터 전압이 상대적으로 작은 역할을하는 컬렉터 전류를 결정합니다.

노트:

능동 모드에서 트랜지스터의 에너지 밴드 다이어그램을 분석하여 BJT의 전류 조절 특성을 이해할 수있다.

질문 11

많은 기술 참조는 바이폴라 접합 트랜지스터 (BJT)가 전류 제어 장치라는 것을 알려줍니다. 컬렉터 전류는 기본 전류에 의해 제어됩니다. 이 개념은 콜렉터 전류와베이스 전류 사이의 비율 인 "베타"(β) 개념으로 강화됩니다.

β = 내가 C


B

바이폴라 트랜지스터에 대해 배우는 학생들은 종종 트랜지스터 β 비율에 대한 데이터 시트 사양을 만날 때 혼란 스럽습니다. 일정한 매개 변수가 아니기 때문에 트랜지스터의 "베타"비율은 작동 범위에 따라 크게 다를 수 있으며 경우에 따라 10 배 이상 차이가 날 수도 있습니다!

이 사실이 BJT가 "전류 제어"장치라는 개념과 어떻게 일치하는지 또는 일치하지 않는지 설명하십시오. 컬렉터 전류가 실제로 기본 전류의 직접 함수라면, 왜 두 개 (β)의 비례 상수가 그렇게 많이 바뀔까요?

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당신이 이것을 읽기 전에 앉아서, 어려운 진실을 위해 몸을 피하십시오 : 바이폴라 접합 트랜지스터는 기술적으로 전류 제어 장치가 아닙니다 . 너는 앉아 있었지? 좋은.

후속 질문 : BJT가 기본 전류로 제어되지 않는 경우, BJT가 제어하는 ​​대상 은 무엇입니까? 가능하다면 이것을 방정식의 형태로 표현하십시오. 힌트 : 단서를 찾기 위해 "다이오드 방정식"을 연구하십시오.

노트:

토론 목적으로, 100mV를 초과하는베이스 이미 터 전압에 대한 광범위한 작동 조건에서 정확한이 방정식을 학생에게 보여줄 수 있습니다.

I C = I ES (e V BE / V T - 1)

이 방정식은 비선형 적입니다. V BE의 증가는 I C의 비례 증가를 생성하지 않습니다. 따라서베이스 전류 와 컬렉터 전류의 관점에서 BJT 동작을 생각하는 것이 훨씬 쉽다. 두 변수 사이의 관계는보다 선형 적이다. 그것이 아닌 경우를 제외하고, 물론. 이는 단순성과 정확성 간의 절충안입니다. 일을 단순화하려는 노력의 일환으로 우리는 종종 잘못되게 만듭니다.

여기에서 바이폴라 접합 트랜지스터는 실제로 전류 제어 장치가 아니지만 (여전히) 전류 제어 장치로 간주 될 수 있음을 유의해야한다. 이것은 기본적인 가정에 도전 할 때 이와 같은 질문에서 쉽게 잃어 버리는 중요한 차이입니다.

질문 12

반도체 회로 공학에서 일반적으로 사용되는 용어는 소 신호 분석 입니다. 정확하게 작은 시그널 분석은 무엇이며, 대 신호 분석 과 어떻게 대비 되는가?

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작은 신호 분석 은 활성 장치가 거의 선형으로 응답해야하는 신호의 크기가 충분히 작다고 가정합니다. 대형 신호 분석 은 신호가 충분히 커야 구성 요소 비선형 성이 중요 해지는 곳입니다.

후속 질문 : 왜 엔지니어는 구성 요소의 진정한 (비선형) 동작을 고려한 하나의 신호 (대형 신호) 대신 두 가지 분석 모드를 사용합니까? 회로 정리를 위해 엔지니어가 사용할 수있는 네트워크 정리 및 기타 수학적 "도구"의 측면에서 이것을 설명하십시오.

노트:

공학 교과서 및 기타 자료를 조사 할 때 이러한 용어는 소개없이 사용되는 경우가 많으므로 많은 초기 학생을 혼란스럽게합니다.

질문 13

트랜지스터가 "활성"모드 (컷오프, 포화 또는 붕괴와 반대)로 작동한다는 것은 무엇을 의미하는지 설명하십시오.

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액티브 모드에서 트랜지스터는 완전히 오프 상태와 완전히 오프 상태 사이의 전류를 "억제"한다.

노트:

학생들이 능동 트랜지스터 작동을 트랜지스터의 스위칭 소자 (포화 또는 차단)로 알고있는 것과 대조하십시오. 다른 지역 (즉, 컬렉터 전류 및 컬렉터 이미 터 전압에 관한 트랜지스터의 거동)에서 나타나지 않는 활성 영역에서의 트랜지스터 동작에 대해 고유 한 점을 설명하도록 요청하십시오.

질문 14

우리는 그래프가 시스템의 상관 된 데이터를 나타내는 개별 점의 모음에 지나지 않는다는 것을 알고 있습니다. 다음은 트랜지스터의 특성 곡선 (기본 전류의 단일 값에 대한)의 플롯입니다.

그리고 여기에 트랜지스터 증폭기 회로에 대한 "부하 라인"의 플롯이 있습니다 :

이 그래프 각각에 대해 곡선 (또는 선)을 따라 단일 점을 선택하고 그 단일 점이 나타내는 점을 실생활 용어로 설명하십시오. 트랜지스터 회로 "# 14"에서이 두 그래프 중 어느 하나의 데이터의 단일 지점이 의미 하는 바> 대답 숨기기 대답 숨기기

트랜지스터의 특성 곡선의 경우, 한 지점의 데이터는 주어진 양의 기본 전류 및 주어진 양의 컬렉터 - 에미 터 전압 강하에 대해 컬렉터 단자를 통과 할 전류량을 나타냅니다.

부하 라인의 경우, 한 지점의 데이터는 주어진 양의 컬렉터 전류에 대해 트랜지스터에 사용 가능한 컬렉터 - 에미 터 전압의 양을 나타냅니다.

특성 곡선과 부하 선의 교차점은 모든 부품의 조건을 "충족"시키는 하나의 콜렉터 전류 (및 해당 V CE 전압 강하)를 나타냅니다.

노트:

학생들과이 질문을 철저히 토론하십시오. 전자 공학의 많은 학생들은 증폭기 회로의 부하 선을 그리는 법을 배우기 때문에 왜 그렇게 해야하는지 이해하지 못합니다. 로드 라인 플롯은 증폭기 회로 분석에서 매우 유용한 도구이지만 각 곡선 / 라인의 의미는 이해의 도구로 유용 해지기 전에 잘 이해해야합니다.

학생들에게 두 가지 유형의 그래프 (특성 곡선 또는 부하 선) 중 어느 것이 구성 요소의 자연적 또는 "자유"동작을 나타내며 특정 회로 내에서 어떤 제한 조건을 나타내는 지 물어보십시오.

질문 15

부하 선 이 무엇인지 설명하고, 특성 곡선의이 그래프에 겹쳐서 나타납니다.

"# 15"회로에서 부하 선이 정확히 무엇을 나타내는가? Reveal answer 대답 숨기기

부하 선 은 주어진 콜렉터 전류에 대해 트랜지스터에 사용할 수있는 컬렉터 - 에미 터 전압 (V CE )의 양을 보여주는 플롯입니다.

후속 질문 : 트랜지스터의 특성 곡선이 "숨겨진 노트"이므로 왜곡 선이 항상 직선이며 구부러지지 않는 이유는 무엇입니까?> 참고 :

학생들이 트랜지스터 회로 분석에서 부하 선을 자주 사용한다면 부하 선의 존재 론적 성격 (즉, 그 자체가 무엇인지 )을 파악하는 것이 매우 중요합니다. 슬프게도 학생들이 트랜지스터 회로를 공부하기 시작할 때 슬프게도 학생들이 이해하지 못하는 부분이며, 개념을 소개하는 데 충분한 시간을 들여 쓰지 않는 교과서 (및 강사)에게 정직하게 대처합니다.

학생들에게 부하 선에 대해 가르치는 가장 좋아하는 방법은 전압 분배기 (두 개의 저항기 중 하나가 "부하"라는 레이블이 붙고 다른 하나의 저항기가 가변적 임)와 다이오드 저항기와 같은 비 트랜지스터 회로의 부하 선을 플로트시켜야합니다 회로.

질문 16

트랜지스터의 특성 곡선은 일반적으로베이스 전류가 일정하고 컬렉터 - 에미 터 전압 (V CE )이 가변되는 회로에서 생성되지만 일반적으로 트랜지스터 증폭 회로가 어떻게 구성되는지는 아닙니다. 일반적으로 기본 전류는 입력 신호에 따라 다르며 콜렉터 전원은 고정 전압 소스입니다.

회로에 부하 저항이 있으면 회로의 동작에 또 다른 동적 특성이 추가됩니다. 콜렉터 전류가 증가하면 (부하 저항에 더 많은 배터리 전압 강하) 트랜지스터의 콜렉터 - 에미 터 전압 ( VCE )에 어떤 현상이 발생하는지 설명하고 트랜지스터 곡선을 플로팅하는 데 사용되는 동일한 유형의 그래프에이 부하 라인 을 정 성적으로 플롯하십시오.

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이 그래프의 축을 따라 번호가 없기 때문에 가장 좋은 방법은 왼쪽 위부터 오른쪽 아래까지의 선의 일반적인 기울기를 플롯하는 것입니다.

노트:

학생들에게 왜이 음모가 트랜지스터의 특성과 같이 곡선이 아니며 왜곡되는지 물어보십시오.

질문 17

트랜지스터의 특성 곡선 위에이 회로의 부하 라인 을 계산하고 겹쳐 라.

그런 다음 다음 기본 전류 값에서 회로의 컬렉터 전류량을 결정합니다.

I B = 10 μA
I B = 20 μA
I B = 30 μA
I B = 40 μA
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I B = 10 μA; I C = 3.75 mA
I B = 20 μA; I C = 6.25 mA
I B = 30 μA; I C = 8.5 mA
I B = 40 μA; I C = 9.5 mA

노트:

여기에 뭔가를 지적하는 것이 좋을 것입니다 : 비선형 함수 집합에 선형 함수를 중첩시키고 교차점을 찾는 것은 비선형 수학 시스템에서 여러 변수를 풀 수있게 해줍니다. 일반적으로 방정식의 선형 시스템은 매우 시간 소모적 인 산술 계산에 의존하지 않고 "해결 가능"하다고 간주되지만 여기에서는 비선형 시스템에서 변수 값을 근사화하는 강력한 그래픽 도구를 사용합니다. 어쨌든 근사치가 트랜지스터 회로에서 최상의 결과를 얻을 수 있기 때문에 충분히 좋습니다!

질문 18

이 그래프에서 앰프 회로의 세 가지 다른 부하 저항 값을 나타내는 3 개의 서로 다른 부하 선이 그려져 있습니다.

3 개의 부하 선 중 어느 것이 부하 저항 (R 부하 )의 최대 값을 나타 냅니까? "# 18"> 대답 숨기기 대답 숨기기

수평선에 가장 가까운 부하 선은 부하 저항의 최대 값을 나타내며 V CE 가 주어진 양의 기본 전류 (입력 신호) 변화에 대해 가장 변하는 조건을 나타냅니다.

노트:

이 질문은 학생들에게 부하 저항 값을 부하 선과 관련시키고 간단한 증폭기 회로에서 전압 이득의 실용적인 측정 값과 관련시켜야한다. 그림으로 학생들에게 세 가지 다른 부하 저항 값에 대해 5μA와 10μA 사이에서 변화하는 입력 신호에 대한 회로의 변화를 분석하도록 요청하십시오. ΔV CE 의 차이는 분명해야합니다!

질문 19

트랜지스터 증폭기 회로의 중요한 파라미터는 Q 포인트 또는 무부하 동작 포인트 이다. 트랜지스터 증폭기 회로의 "Q 점"은 부하 선의 어딘가에 단일 지점이됩니다.

트랜지스터 증폭기 회로에 대해 실제로 "Q 포인트"가 의미하는 것과 그 값이 어떻게 변경 될 수 있는지 설명하십시오.

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트랜지스터 증폭기 회로에 대한 "Q 점"은 "정지 상태"에서 작동 영역을 따르는 지점입니다. 증폭 될 입력 신호가 없을 때입니다.

노트:

Q 포인트는 트랜지스터 증폭기의 설계 과정에서 매우 중요하지만 학생들은 종종 개념의 실제 의미를 이해하지 못하는 것처럼 보입니다. 학생들에게 부하 저항과 트랜지스터의 특성 곡선에 의해 형성된 부하 선이 어떻게 그 증폭기 회로에 대한 콜렉터 전류 및 V CE 의 모든 가능한 동작 조건을 설명하는지 설명하게한다. 그런 다음 해당 회로의 상태가 그래프를 따라 단일 시점에서 어떻게 정의되는지 (선, 곡선 또는 점으로?)에 대해 논의하십시오.

질문 20

다음 그래프는 특정 트랜지스터에 대한 특성 곡선 계열입니다.

부하 선을 그리고이 트랜지스터를 사용하는 공통 컬렉터 증폭기 회로에 대한 부하 선의 Q 점을 확인하십시오.

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Follow-up question :이 회로의 Q-point의 위치는 부하 선을 따라 대략 중간에있다. 이것이 Class A 작동 또는 다른 작동 등급 "notes hidden"에 대해 편향된 앰프를 나타낼 것이라고 말씀하십니까> 참고 :

이 질문의 목적은 학생들이 공통 컬렉터 회로 DC 분석에 대한 기존의 지식을 부하 선 및 Q 점의 개념과 관련시킬 수있게하는 것입니다. 학생들에게 분석 기법을 전체 수업과 공유하도록 요청하십시오.

질문 21

다음 그래프는 특정 트랜지스터에 대한 특성 곡선 계열입니다.

부하 선을 그리고이 트랜지스터를 사용하는 공통 이미 터 증폭기 회로에 대한 부하 선의 Q 점을 확인하십시오.

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후속 질문 : 저항 R2 (2.2 kΩ 바이어스 저항)가 페일 오픈 될 경우 Q- 포인트에 어떤 현상이 발생할지 결정하십시오.

노트:

이 질문의 목적은 학생들에게 공통 이미 터 회로 DC 분석에 대한 기존의 지식을 부하 선 및 Q 점의 개념과 관련 지어주는 것입니다. 학생들에게 분석 기법을 전체 수업과 공유하도록 요청하십시오.

질문 22

다음 그래프는 특정 트랜지스터에 대한 특성 곡선 계열입니다.

동일한 트랜지스터를 사용하는 다음 공통 이미 터 증폭기 회로에 대한 부하 라인을 그 그래프에 겹쳐 라.

또한 Q- 포인트가 부하 라인의 대략 중간에 놓 이도록하는 일부 바이어스 저항 값 (R1 및 R2)을 결정하십시오.

R1 = R2 =

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부하 선의 중심에서 Q- 지점을 배치하기에 적절하게 작동 할 여러 쌍의 저항 값이 있습니다. 나는 이것을 통해 당신이 일하고 동급생들과 토론 할 수있는 운동을합니다!

후속 질문 : 저항 R2 (2.2 kΩ 바이어스 저항)가 페일 오픈 될 경우 Q- 포인트에 어떤 현상이 발생할지 결정하십시오.

노트:

기술자와 엔지니어 모두 앰프 회로가 의도 된 클래스 (이 경우 A)에서 작동 할 수 있도록 적절한 바이어스를 선택해야하므로 이는 매우 실질적인 질문입니다. 저항 값에 대한 하나 이상의 적절한 답이 있으므로 많은 옵션을 탐구 할 수 있도록 학생들이 전체 클래스와 솔루션을 공유하게하십시오.

질문 23

하나 또는 두 개의 실제 바이폴라 접합 트랜지스터를 찾아 토론을 위해 반으로 가져와주십시오. 토론하기 전에 귀하의 트랜지스터에 관해 가능한 한 많은 정보를 확인하십시오 :

터미널 ID (터미널은 기본, 이미 터, 수집기)
연속 정격 전력
전형적인 β
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가능하면 구성 요소에 대한 제조업체의 데이터 시트 (또는 유사한 구성 요소에 대한 데이터 시트)를 찾아 급우와상의하십시오. 멀티 미터를 사용하여 클래스에서 트랜지스터의 터미널 식별을 증명할 준비를하십시오!

노트:

이 질문의 목적은 학생들이 주제와 운동 적으로 상호 작용하도록 유도하는 것입니다. 학생들이 "보여주고 말하기"운동에 참여하게하는 것은 어리석은 것처럼 보일 수 있지만, 이와 같은 활동이 일부 학생들에게 큰 도움이된다는 것을 알았습니다. 실제로 감정적 인 학습자의 경우 실제 구성 요소를 실제로 만지면 서 기능을 배우는 데 큰 도움이됩니다. 물론이 질문은 구성 요소 표시 해석, 멀티 미터 사용, 데이터 시트 액세스 등을 연습 할 수있는 훌륭한 기회를 제공합니다.

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