Elektronik — Nota JomSkor
5.1 Elektron Subtopik 5.1 Elektron memperkenalkan konsep pancaran termion, iaitu pemancaran elektron bebas daripada permukaan logam yang dipanaskan, dan penghasilan sinar katod, iaitu alur elektron berkelajuan tinggi dalam vakum. Ia juga mengkaji kesan medan elektrik dan medan magnet terhadap sinar katod, serta menghitung halaju elektron menggunakan prinsip keabadian tenaga. 5.2 Diod Semikonduktor Diod semikonduktor ialah komponen elektronik yang membenarkan arus elektrik mengalir dalam satu arah tertentu sahaja. Ia dihasilkan dengan menggabungkan semikonduktor jenis-p dan jenis-n untuk membentuk simpang p-n. Diod digunakan secara meluas dalam litar rektifikasi untuk menukarkan arus ulang-alik kepada arus terus. 5.3 Transistor Transistor ialah komponen elektronik tiga terminal (pengeluar E, tapak B, pengumpul C) yang terdiri daripada dua jenis: npn dan pnp. Transistor berfungsi sebagai suis automatik kerana arus tapak yang kecil mengawal arus pengumpul yang besar, dan sebagai amplifier arus kerana mampu menggandakan arus elektrik mengikut faktor penggandaan, β.
Fizik · Tingkatan 5
5.1 Elektron Subtopik 5.1 Elektron memperkenalkan konsep pancaran termion, iaitu pemancaran elektron bebas daripada permukaan logam yang dipanaskan, dan penghasilan sinar katod, iaitu alur elektron berkelajuan tinggi dalam vakum. Ia juga mengkaji kesan medan elektrik dan medan magnet terhadap sinar katod, serta menghitung halaju elektron menggunakan prinsip keabadian tenaga. 5.2 Diod Semikonduktor Diod semikonduktor ialah komponen elektronik yang membenarkan arus elektrik mengalir dalam satu arah tertentu sahaja. Ia dihasilkan dengan menggabungkan semikonduktor jenis-p dan jenis-n untuk membentuk simpang p-n. Diod digunakan secara meluas dalam litar rektifikasi untuk menukarkan arus ulang-alik kepada arus terus. 5.3 Transistor Transistor ialah komponen elektronik tiga terminal (pengeluar E, tapak B, pengumpul C) yang terdiri daripada dua jenis: npn dan pnp. Transistor berfungsi sebagai suis automatik kerana arus tapak yang kecil mengawal arus pengumpul yang besar, dan sebagai amplifier arus kerana mampu menggandakan arus elektrik mengikut faktor penggandaan, β.
Pancaran Termion
Pemancaran elektron bebas daripada permukaan logam yang dipanaskan apabila tenaga kinetik elektron cukup untuk terpancar keluar.
Sinar Katod
Alur elektron berkelajuan tinggi yang dihasilkan dalam tiub vakum apabila elektron terpancar dari katod ditarik ke anod.
Kesan Medan Elektrik pada Sinar Katod
Sinar katod (bercas negatif) boleh dipesongkan oleh medan elektrik ke arah plat bercas positif, membentuk laluan parabola.
Kesan Medan Magnet pada Sinar Katod
Sinar katod boleh dipesongkan oleh medan magnet, dan arah pemesongan ditentukan oleh petua tangan kiri Fleming.
Tenaga Keupayaan Elektrik
Tenaga yang diperoleh elektron apabila bergerak merentasi beza keupayaan $V$, di mana $e$ ialah cas satu elektron.
$E = eV$
Halaju Elektron Maksimum
Menurut prinsip keabadian tenaga, tenaga keupayaan elektrik ditukarkan kepada tenaga kinetik maksimum elektron, di mana $m$ ialah jisim elektron dan $v_{maks}$ ialah halaju maksimum.
$eV = \frac{1}{2}mv_{maks}^2$
Fungsi Diod Semikonduktor
Diod semikonduktor membenarkan arus elektrik mengalir dalam satu arah tertentu sahaja. Ia dibentuk daripada gabungan semikonduktor jenis-p dan jenis-n.
Litar Pincang Depan
Apabila diod dipincang depan, terminal positif disambungkan kepada anod (jenis-p) dan terminal negatif kepada katod (jenis-n). Lapisan susutan menjadi nipis, rintangan diod sangat kecil, dan arus boleh mengalir.
Litar Pincang Songsang
Apabila diod dipincang songsang, terminal positif disambungkan kepada katod (jenis-n) dan terminal negatif kepada anod (jenis-p). Lapisan susutan menjadi lebar, rintangan diod sangat besar, dan arus tidak dapat mengalir.
Rektifikasi dan Kapasitor Perata Arus
Rektifikasi ialah proses penukaran arus ulang-alik kepada arus terus, yang boleh berlaku secara gelombang separuh atau gelombang penuh. Kapasitor digunakan sebagai perata arus untuk melicinkan arus output yang tidak rata daripada rektifikasi.
Struktur Transistor
Tiga terminal: Pengeluar (E) membekalkan pembawa cas, Tapak (B) lapisan nipis mengawal pengaliran cas, Pengumpul (C) menerima pembawa cas.
Transistor sebagai Suis
Arus tapak, I_B yang kecil mengawal arus pengumpul, I_C yang besar. Apabila V_BE mencapai nilai minimum, litar pengumpul dihidupkan.
Transistor sebagai Amplifier Arus
β ialah faktor penggandaan amplifier, iaitu kecerunan graf I_C melawan I_B. Pertambahan kecil I_B menghasilkan pertambahan besar I_C.
$\beta = \frac{I_C}{I_B}$
Contoh soalan
Alur elektron dari katod dipecut ke arah anod dalam ruang vakum. Beza keupayaan merentasi katod dengan anod ialah 550 V. [Jisim elektron, $m = 9.11 \times 10^{-31} \text{ kg}$, cas satu elektron, $e = 1.6 \times 10^{-19} \text{ C}$] (a) Berapakah tenaga keupayaan elektrik bagi satu elektron? (b) Berapakah tenaga kinetik yang diperoleh elektron apabila tiba di anod? (c) Berapakah halaju maksimum elektron ketika sampai di anod?
- Kenal pasti nilai-nilai yang diberi: $V = 550 \text{ V}$, $e = 1.6 \times 10^{-19} \text{ C}$, $m = 9.11 \times 10^{-31} \text{ kg}$.
- Kira tenaga keupayaan elektrik bagi satu elektron menggunakan formula $E = eV$.
- Nyatakan tenaga kinetik yang diperoleh elektron adalah sama dengan tenaga keupayaan elektrik berdasarkan prinsip keabadian tenaga.
- Gunakan formula $eV = \frac{1}{2}mv_{maks}^2$ untuk mencari halaju maksimum elektron, $v_{maks} = \sqrt{\frac{2eV}{m}}$.
(a) $8.8 \times 10^{-17} \text{ J}$ (b) $8.8 \times 10^{-17} \text{ J}$ (c) $1.39 \times 10^7 \text{ m s}^{-1}$
- Tidak memastikan tiub vakum dalam keadaan vakum sepenuhnya, yang boleh menyebabkan elektron berlanggar dengan molekul udara dan kehilangan tenaga.
- Menyongsangkan sambungan bekalan kuasa V.L.T. pada tiub sinar katod, yang akan menyebabkan tiada pengaliran arus dan miliammeter tidak menunjukkan sebarang bacaan.
- Menyentuh mana-mana bahagian logam tiub pemesongan atau tiub palang Maltese apabila bekalan kuasa V.L.T. sedang digunakan, yang berbahaya.
- Mengelirukan susunan lapisan N dan P bagi transistor npn dengan pnp.
- Tidak memahami bahawa untuk transistor pnp, kekutuban bateri litar tapak dan litar pengumpul perlu disongsangkan.
- Tersilap menganggap arus tapak yang besar diperlukan untuk menghidupkan litar pengumpul, sedangkan arus tapak adalah kecil berbanding arus pengumpul.
- Pastikan suis bekalan kuasa V.L.T. dimatikan apabila tiada pemerhatian direkodkan untuk keselamatan.
- Pastikan palang Maltese dibumikan dengan betul semasa aktiviti dijalankan untuk mengelakkan cas terkumpul.
- Fahami hubungan antara voltan bekalan kuasa V.L.T. dengan halaju elektron; semakin tinggi voltan, semakin tinggi halaju elektron.
- Ingat ciri-ciri sinar katod: bergerak lurus, bercas negatif, mempunyai momentum dan tenaga kinetik.
- Hafal susunan terminal: Pengeluar (E), Tapak (B), Pengumpul (C) dan fungsi masing-masing.
- Ingat fungsi dwi transistor: sebagai suis automatik dan sebagai amplifier arus.
- β dikira daripada kecerunan graf I_C melawan I_B — pastikan unit mA digunakan secara konsisten.
- Pancaran termion
- Sinar katod
- Tiub pemesongan
- Tiub palang Maltese
- Filamen tungsten
- Katod
- Anod
- Vakum
- Grid berpendarfluor
- Beza keupayaan
- Tenaga keupayaan elektrik
- Tenaga kinetik maksimum
- Petua tangan kiri Fleming
- Diod semikonduktor
- Pincang depan
- Pincang songsang
- Rektifikasi
- Rektifikasi gelombang separuh
- Rektifikasi gelombang penuh
- Kapasitor perata arus
- Simpang p-n
- Lapisan susutan
- transistor npn
- transistor pnp
- pengeluar
- tapak
- pengumpul
- faktor penggandaan amplifier
- litar pembahagi voltan