Wyjaśnienie elementarnej elektroniki

Konstruowanie dla początkujących w elektronice podstawowe projekty elektroniczne ze schematu obwodu może być przytłaczające. Ten krótki przewodnik ma na celu pomóc początkującym użytkownikom, udostępniając im przydatne informacje na temat części elektronicznych, a także technik budowania obwodów. Zbadamy elementy elementarne, takie jak rezystory, kondensatory, cewki indukcyjne, transformatory i potencjometry.

REZYSTORY

Rezystor to część, która rozprasza moc, zwykle za pomocą ciepła. Implementacja jest określona przez zależność znaną jako prawo Ohma: V = I X R gdzie V jest napięciem na rezystorze w woltach, I odnosi się do prądu płynącego przez rezystor w amperach, a R jest wartością rezystora w omach. Reprezentacje rezystora pokazano na rys. 1.1.

Albo jesteśmy w stanie skorzystać z rezystora aby zmienić napięcie w określonym miejscu obwodu, lub możemy go zastosować do zmiany prądu w żądanym miejscu obwodu.

Wartość rezystora można rozpoznać po kolorowych pierścieniach wokół niego. Znajdziesz 3 podstawowe pierścienie lub paski, które przekazują nam te szczegóły (ryc. 1.2).

Paski są pomalowane określonymi kolorami, a każdy kolorowy pasek reprezentuje liczbę, jak pokazano w tabeli 1.1. Na przykład, gdy pasma są brązowe, czerwone i pomarańczowe, wówczas wartość rezystora będzie wynosić 12 x 1,00,0 lub 12 000 omów. 1000 omów jest zwykle określane jako kiloom lub k, a 1000000 jest określane jako megaom lub megaom.

Ostatni kolorowy pierścień lub pasek oznacza wielkość tolerancji rezystora dla określonej wartości rezystora. Złoto wykazuje tolerancję + lub - 5% (± 5%), srebro oznacza + lub - 10% (± 10%). Jeśli nie znajdziesz pasma tolerancji, zwykle oznacza to, że tolerancja wynosi ± 20%.

Mówiąc ogólnie, im większy rezystor, tym większa moc może wytrzymać. Moc znamionowa w watach może się różnić od 1/8 W do wielu watów. Moc ta jest w zasadzie iloczynem napięcia (V) i prądu (I) przepływającego przez rezystor.

Stosując prawo Ohma, możemy wyznaczyć moc (P) wydzielaną przez rezystor jako P = V X I = I ^ 2R = V ^ 2 / R, gdzie R jest wartością rezystora. Nie znajdziesz żadnego negatywnego aspektu elektrycznego podczas pracy z rezystorem, który może być praktycznie większy niż wymagane specyfikacje.

Jedyną drobną wadą mogą być zwiększone wymiary mechaniczne i być może wyższe koszty.

KONDENSATORY

Wcześniejsza nazwa dowolnego kondensatora to kondensator, chociaż obecna nazwa wygląda bardziej na jego rzeczywistą funkcję. Kondensator ma „pojemność” magazynowania energii elektrycznej.

Podstawową funkcją kondensatora jest umożliwienie przepływu przez niego prądu przemiennego (a.c.), ale blokowanie prądu stałego (d.c.).

Inną ważną kwestią jest to, że w przypadku prądu stałego napięcie, na przykład przez baterię, jest podłączone przez kondensator przez chwilę, zasadniczo ten prąd stały będzie nadal pozostawał na przewodach kondensatora, dopóki element taki jak rezystor nie zostanie połączony z nim, lub może być w końcu zwarcie zacisków kondensatora ze sobą, powodując rozładowanie zmagazynowanej energii.

BUDOWA

Generalnie kondensator składa się z pary płytek oddzielonych izolacją znaną jako dielektryk.

Dielektryk może być utworzony z powietrza, papieru, ceramiki, polistyrenu lub dowolnego innego odpowiedniego materiału. W przypadku większych wartości pojemności elektrolit jest stosowany do separacji dielektrycznej. Ta substancja elektrolityczna ma zdolność magazynowania energii elektrycznej z dużą wydajnością.

Do działania pojemnościowego zwykle wymagany jest stały prąd stały. Dlatego na schematach obwodów znajdujemy biegun dodatni kondensatora oznaczony jako biały blok, a ujemny jako czarny blok.

Zmienne lub regulowane kondensatory zawierają obracające się łopatki oddzielone szczeliną powietrzną lub izolatorem, takim jak mika. Jak bardzo te łopatki zachodzą na siebie, określa wielkość pojemności i można to zmieniać lub regulować, przesuwając wrzeciono zmiennego kondensatora.

Mierzona jest pojemność w Faradach. Jednak jeden kondensator Farada może być znacznie duży do dowolnego praktycznego zastosowania. Dlatego kondensatory są oznaczane jako mikrofarady (uF), nanofarady (nF) lub pikofarady (pF).

Milion pikofaradów odpowiada jednemu mikrofaradowi, a milion mikrofaradów odpowiada wielkości jednemu faradowi. Chociaż nanofarady (nF) nie są używane zbyt często, jeden nanofarad odpowiada tysiącowi pikofaradów.

Czasami można spotkać mniejsze kondensatory z oznaczonymi kolorami, podobnie jak rezystory.

W tym przypadku wartości można określić w pF, jak pokazano na sąsiedniej karcie kolorów. Para pasm na dole zapewnia tolerancję i maksymalne napięcie robocze kondensatora.

Należy ściśle zauważyć, że napięcie znamionowe wydrukowane na korpusie kondensatora reprezentuje bezwzględne maksymalne dopuszczalne napięcie graniczne kondensatora, którego nigdy nie wolno przekraczać. Również w przypadku kondensatorów elektrolitycznych należy dokładnie sprawdzić biegunowość i odpowiednio przylutować.

INDUKTORY

W obwodach elektronicznych Induktor Charakterystyka pracy jest przeciwieństwem kondensatorów. Cewki indukcyjne wykazują tendencję do przepuszczania przez nie prądu stałego, ale starają się przeciwstawiać lub stawiać opór prądowi przemiennemu. Zwykle mają one postać super emaliowanych cewek z drutu miedzianego, zwykle owiniętych wokół byłego.

Za tworzenie wysokiej wartości cewki indukcyjne , materiał żelazny jest zwykle wprowadzany jako rdzeń lub może być instalowany jako pokrywa otaczająca zewnętrzną cewkę.

Ważną cechą cewki indukcyjnej jest jej zdolność do generowania „back e.m.f.” gdy tylko przyłożone napięcie zostanie usunięte na cewce. Zwykle dzieje się tak z powodu nieodłącznej cechy cewki indukcyjnej, która kompensuje utratę pierwotnego prądu w prądzie.

Schematyczne symbole cewki indukcyjnej można zobaczyć na rys. 1.5. Jednostką indukcyjności jest Henry, chociaż zwykle używa się milihenrysów lub mikrohenrysów (odpowiednio mH i) cewki pomiarowe w praktycznych zastosowaniach.

Jeden miliard ma 1000 mikrohenrów, podczas gdy tysiąc miliardów równa się jednemu Henrykowi. Cewki indukcyjne są jednym z tych elementów, które nie są łatwe do zmierzenia, zwłaszcza jeśli rzeczywista wartość nie jest drukowana. Również ich zmierzenie staje się jeszcze bardziej skomplikowane, gdy są one konstruowane w domu przy użyciu niestandardowych parametrów.

Gdy cewki indukcyjne są używane do blokowania sygnałów prądu przemiennego, nazywane są dławikami częstotliwości radiowej lub dławikami RF (RFC). Cewki indukcyjne są używane z kondensatorami do tworzenia strojonych obwodów, które pozwalają tylko na obliczone pasmo częstotliwości i blokują resztę.

OBWODY STROJONE

Obwód strojony (ryc. 1.6), który obejmuje cewkę indukcyjną L i kondensator C, zasadniczo albo pozwoli określonej częstotliwości przesuwać się w poprzek i zablokuje wszystkie inne częstotliwości, albo zablokuje określoną wartość częstotliwości i przepuści wszystkie inne. przez.

Miarą selektywności dostrojonego obwodu, która określa wartość częstotliwości, staje się jego współczynnikiem Q (dla jakości).

Ta dostrojona wartość częstotliwości jest również określana jako częstotliwość rezonansowa (f0) i jest mierzona w hercach lub cyklach na sekundę.

Kondensator i cewka indukcyjna mogą być używane szeregowo lub równolegle, aby utworzyć rezonansowy obwód strojony (Rys. 1.6.a). Szeregowy obwód strojony może mieć małe straty w porównaniu z równoległym obwodem strojonym (rys. 1.6.b) ma wysokie straty.

Kiedy wspominamy tutaj o stratach, zwykle odnosi się to do stosunku napięcia w sieci do prądu przepływającego przez sieć. Jest to również znane jako impedancja (Z).

Alternatywne nazwy tej impedancji dla określonych komponentów mogą mieć postać np. rezystancja (R) dla rezystorów i reaktancja (X) dla cewek i kondensatorów.

TRANSFORMATORY

Używane są transformatory do podwyższania wejściowego napięcia / prądu przemiennego do wyższych poziomów wyjściowych lub do obniżania ich do niższych poziomów wyjściowych. Ta praca jednocześnie zapewnia również całkowitą izolację elektryczną na wejściu AC i wyjściu AC. Kilka transformatorów można zobaczyć na rys. 1.7.

Producenci oznaczają wszystkie szczegóły po stronie pierwotnej lub wejściowej przyrostkiem „1”. Strona wtórna, czyli wyjściowa, jest oznaczona przyrostkiem „2”. T1 i T2 wskazują odpowiednio ilość zwojów po stronie pierwotnej i wtórnej. Następnie:

Kiedy transformator jest zaprojektowany Aby obniżyć napięcie sieciowe 240 V do niższego napięcia, powiedzmy 6 V, strona pierwotna wymaga stosunkowo większej liczby zwojów przy użyciu drutu o mniejszej średnicy, podczas gdy strona wtórna jest zbudowana przy użyciu stosunkowo mniejszej liczby zwojów, ale przy użyciu znacznie grubszego drutu.

Wynika to z faktu, że wyższe napięcie wiąże się z proporcjonalnie mniejszym prądem, a tym samym cieńszym drutem, podczas gdy niższe napięcie obejmuje proporcjonalnie większy prąd, a zatem grubszy drut. Wartości netto mocy pierwotnej i wtórnej (V x I) są prawie równe w idealnym transformatorze.

Gdy uzwojenie transformatora ma odczepy drutu wyprowadzone z jednego z zwojów (rys. 1.7.b), powoduje to proporcjonalny do liczby zwojów uzwojenia odseparowanych środkowym przewodem odczepowym podział napięcia uzwojenia na odczepie.

Wielkość napięcia netto na całym uzwojeniu wtórnym od końca do końca będzie nadal zgodna z powyższym wzorem

Jak duży może być transformator, zależy od wielkości jego specyfikacji prądu wtórnego. Jeśli aktualna specyfikacja jest większa, wymiary transformatora również rosną proporcjonalnie.

Zaprojektowano również miniaturowe transformatory obwody wysokiej częstotliwości jak radia, nadajniki itp. i mają wbudowany kondensator przymocowany do uzwojenia.

Jak używać półprzewodników w projektach elektronicznych

Przez: Forest M. Mims

Tworzenie i eksperymentowanie z projektami elektronicznymi może być satysfakcjonujące, ale jest dużym wyzwaniem. Staje się jeszcze bardziej satysfakcjonujące, gdy jako hobbysta zakończyć budowę projektu obwodu, włączyć go i znaleźć użyteczny model roboczy opracowany z kilku niepotrzebnych komponentów. To sprawia, że ​​czujesz się twórcą, a udany projekt jest wyrazem Twoich ogromnych wysiłków i wiedzy w danej dziedzinie.

Może to być po prostu zabawa w czasie wolnym. Niektórzy ludzie mogą chcieć zrealizować projekt, który nie został jeszcze wyprodukowany lub dostosować rynkowy produkt elektroniczny do bardziej innowacyjnej wersji.

Aby osiągnąć sukces lub rozwiązać problem z awarią obwodu, będziesz musiał być dobrze zorientowany w działaniu różnych komponentów i prawidłowym wdrażaniu w praktycznych obwodach. OK, więc przejdźmy do rzeczy.

W tym samouczku zaczniemy od półprzewodników.

W jaki sposób Półprzewodnik jest tworzony przy użyciu silikonu

Znajdziesz tu wiele elementów półprzewodnikowych, ale krzem, który jest głównym składnikiem piasku, jest jednym z najbardziej znanych pierwiastków. Atom krzemu składa się z zaledwie 4 elektronów w swojej najbardziej zewnętrznej powłoce.

Jednak może pokochać zdobycie 8 z nich. W rezultacie atom krzemu współpracuje z sąsiednimi atomami, aby dzielić elektrony w następujący sposób:

Kiedy grupa atomów krzemu udostępnia swoje zewnętrzne elektrony, tworzy się układ zwany kryształem.

Poniższy rysunek przedstawia kryształ krzemu posiadający tylko zewnętrzne elektrony. W czystej postaci krzem nie spełnia żadnej użytecznej funkcji.

Z tego powodu producenci wzbogacają te produkty na bazie krzemu o fosfor, bor i dodatkowe składniki. Ten proces nazywa się „domieszkowaniem” krzemu. Po zastosowaniu domieszkowania krzem uzyskuje przydatne właściwości elektryczne.

Krzem domieszkowany P i N. : Pierwiastki takie jak bor czy fosfor mogą być skutecznie wykorzystywane do łączenia się z atomami krzemu w celu produkcji kryształów. Oto sztuczka: atom boru zawiera tylko 3 elektrony w swojej zewnętrznej powłoce, podczas gdy atom fosforu zawiera 5 elektronów.

Kiedy krzem jest połączony lub domieszkowany pewnymi elektronami fosforu, przekształca się w krzem typu n (n = ujemny). Kiedy krzem jest połączony z atomami boru, którym brakuje elektronu, krzem zamienia się w krzem typu p (p = dodatni).

Krzem typu P. Kiedy atom boru jest domieszkowany grupą atomów krzemu, powstaje pusta wnęka elektronowa zwana „dziurą”.

Dziura ta umożliwia elektronowi z sąsiedniego atomu „wpadnięcie” do szczeliny (dziury). Oznacza to, że jeden „otwór” zmienił swoje położenie w nowe położenie. Należy pamiętać, że otwory mogą łatwo unosić się na silikonie (w ten sam sposób, w jaki bąbelki poruszają się po wodzie).

Krzem typu N. Kiedy atom fosforu jest połączony lub domieszkowany grupą atomów krzemu, system daje dodatkowy elektron, który może przemieszczać się przez kryształ krzemu ze względnym komfortem.

Z powyższego wyjaśnienia rozumiemy, że krzem typu n ułatwi przechodzenie elektronów, powodując przeskakiwanie elektronów z jednego atomu na drugi.

Z drugiej strony krzem typu p również umożliwi przechodzenie elektronów, ale w przeciwnym kierunku. Ponieważ w typie p to dziury lub puste powłoki elektronów powodują przemieszczanie się elektronów.

To tak, jakby porównać osobę biegnącą po ziemi i osobę biegnącą po bieżnia . Kiedy człowiek biegnie po ziemi, ziemia pozostaje nieruchoma, a osoba porusza się do przodu, podczas gdy na bieżni osoba pozostaje nieruchoma, ziemia przesuwa się do tyłu. W obu sytuacjach osoba wykonuje względny ruch do przodu.

Zrozumienie diod

Diody można porównać do zaworów, a tym samym odgrywają kluczową rolę w projektach elektronicznych do sterowania kierunkiem przepływu energii elektrycznej w konfiguracji obwodu.

Wiemy, że zarówno krzem typu n, jak i p mają zdolność przewodzenia energii elektrycznej. Opór obu wariantów zależy od procentu dziur lub dodatkowych elektronów, które posiada. W rezultacie oba typy mogą również zachowywać się jak rezystory, ograniczając prąd i pozwalając mu płynąć tylko w określonym kierunku.

Tworząc wiele krzemu typu p wewnątrz podstawy krzemu typu n, elektrony mogą być ograniczone do poruszania się po krzemie tylko w jednym kierunku. To są dokładne warunki pracy, które można zaobserwować w diodach, utworzonych za pomocą domieszkowania krzemu złącza p-n.

Jak działa dioda

Poniższa ilustracja pomaga nam w łatwym wyjaśnieniu, w jaki sposób dioda reaguje na elektryczność w jednym kierunku (do przodu) i zapewnia blokowanie energii elektrycznej w kierunku przeciwnym (do tyłu).

Na pierwszym rysunku różnica potencjałów baterii powoduje, że dziury i elektrony odpychają się w kierunku złącza p-n. W przypadku, gdy poziom napięcia przekroczy 0,6 V (dla diody krzemowej), elektrony zostają pobudzone do przeskoczenia przez złącze i stopienia się z otworami, umożliwiając transfer ładunku prądu.

Na drugim rysunku różnica potencjałów baterii powoduje, że dziury i elektrony są odciągane od złącza. Taka sytuacja uniemożliwia przepływ ładunku lub prądu blokując jego ścieżkę. Diody są zwykle zamknięte w maleńkiej cylindrycznej szklanej obudowie.

Ciemnawy lub białawy okrągły pasek zaznaczony na jednym końcu korpusu diody identyfikuje końcówkę katody. Drugi zacisk naturalnie staje się zaciskiem anodowym. Powyższy obraz przedstawia zarówno fizyczne obudowanie diody, jak i jej schematyczny symbol.

Zrozumieliśmy już, że diodę można porównać do elektronicznego przełącznika jednokierunkowego. Nadal musisz w pełni zrozumieć kilka dodatkowych czynników działania diody.

Poniżej znajduje się kilka kluczowych punktów:

1. Dioda może nie przewodzić prądu, dopóki przyłożone napięcie przewodzenia nie osiągnie określonego poziomu progowego.

W przypadku diod krzemowych jest to około 0,7 wolta.

2. Gdy prąd przewodzenia staje się zbyt wysoki lub przekracza określoną wartość, dioda półprzewodnikowa może pęknąć lub spalić się! A wewnętrzne styki terminala mogą się rozpaść.

Jeśli urządzenie się spali, dioda może nagle pokazać przewodzenie w obu kierunkach zacisków. Ciepło wytworzone w wyniku tej awarii może ostatecznie wyparować urządzenie!

3. Nadmierne napięcie wsteczne może spowodować, że dioda będzie przewodzić w przeciwnym kierunku. Ponieważ napięcie to jest dość duże, nieoczekiwany skok prądu może spowodować pęknięcie diody.

Rodzaje i zastosowania diod

Diody są dostępne w wielu różnych formach i specyfikacjach. Poniżej znajduje się kilka ważnych formularzy, które są powszechnie stosowane w obwodach elektrycznych:

Dioda małego sygnału: Te typy diod mogą być używane do konwersji prądu przemiennego na prąd stały o niskim prądzie np wykrywanie lub demodulowanie sygnałów RF , w napięciu zastosowanie mnożnika , operacje logiczne, do neutralizacji skoków wysokiego napięcia, itp. do wytwarzania prostowników mocy.

Prostowniki mocy Diody : mają podobne atrybuty i właściwości jak mała dioda sygnałowa, ale są one przystosowane do obsługiwać znaczące wielkości prądu . Są one zamontowane na dużych metalowych obudowach, które pomagają pochłaniać i rozpraszać niepożądane ciepło i rozprowadzać je po dołączonej płycie radiatora.

Prostowniki mocy można spotkać głównie w zasilaczach. Typowe warianty to 1N4007, 1N5402 / 5408, 6A4 itd

Dioda Zenera : Jest to specjalny typ diody charakteryzujący się określonym odwrotnym napięciem przebicia. Oznacza to, że diody Zenera mogą działać jak przełącznik ograniczający napięcie. Diody Zenera są oceniane na bezwzględne napięcie przebicia (Vz), które może wynosić od 2 do 200 woltów.

Dioda elektroluminescencyjna lub diody LED : Wszystkie formy diod mają właściwość emitowania niewielkiej ilości promieniowania elektromagnetycznego po przyłożeniu do napięcia przewodzenia.

Jednak diody utworzone przy użyciu materiałów półprzewodnikowych, takich jak fosforek arsenku galu, mają zdolność emitowania znacznie większej ilości promieniowania w porównaniu ze zwykłymi diodami krzemowymi. Są to tak zwane diody elektroluminescencyjne lub diody LED.

Fotodioda : Tak jak diody emitują pewne promieniowanie, również wykazują pewien poziom przewodzenia, gdy są oświetlone przez zewnętrzne źródło światła.
Jednak diody, które są specjalnie zaprojektowane do wykrywania i reagowania na światło lub oświetlenie, nazywane są fotodiodami.

Zawierają szklane lub plastikowe okienko, które wpuszcza światło do obszaru światłoczułego diody.

Zazwyczaj mają one duży obszar połączeń dla wymaganej ekspozycji na światło.

Krzem ułatwia tworzenie wydajnych fotodiod.

Różne typy diod są szeroko stosowane w wielu zastosowaniach. Na razie omówmy kilka ważnych funkcji dla małego sygnału diody i prostowniki :

Pierwszym z nich jest jednofalowy obwód prostownika, przez który prąd przemienny ze zmiennym zasilaniem o podwójnej polaryzacji jest prostowany na sygnał lub napięcie jednobiegunowe (DC).

Druga konfiguracja to obwód prostownika pełnookresowego, który zawiera konfigurację czterodiodową i jest również określany jako mostek prostowniczy . Ta sieć ma zdolność prostowania obu połówek sygnału wejściowego AC.

Zauważ, że różnica ostatecznie wynika z dwóch obwodów. W obwodzie półfalowym tylko jeden cykl wejściowego prądu przemiennego wytwarza sygnał wyjściowy, podczas gdy w pełnym mostku oba pół cykli są przetwarzane na prąd stały o jednej biegunowości.

Tranzystor

Projekt elektroniczny może być praktycznie niemożliwy do zrealizowania bez tranzystora, który w rzeczywistości stanowi podstawowy element konstrukcyjny elektroniki.

Tranzystory to urządzenia półprzewodnikowe posiadające trzy zaciski lub przewody. Wyjątkowo niewielka ilość prądu lub napięcia na jednym z przewodów pozwala na kontrolę znacznie większej ilości przepływu prądu przez pozostałe dwa przewody.

Oznacza to, że tranzystory najlepiej nadają się do pracy jako wzmacniacze i regulatory przełączające. Znajdziesz dwie podstawowe grupy tranzystorów: bipolarne (BJT) i polowe (FET).

W tej dyskusji skupimy się tylko na tranzystorach bipolarnych BJT. Mówiąc prościej, poprzez dodanie dodatkowego złącza do diody złącza p-n, możliwe staje się stworzenie 3-komorowej „kanapki” silikonowej. Ta formacja podobna do kanapki może być n-p-n lub p-n-p.

W obu przypadkach obszar środkowy działa jak kran lub system sterowania, który reguluje ilość elektronów lub ładunek przemieszczający się w trzech warstwach. Trzy sekcje tranzystora bipolarnego to emiter, baza i kolektor. Region bazowy może być dość cienki i zawiera znacznie mniej atomów domieszkowania w porównaniu z emiterem i kolektorem.

W rezultacie znacznie zmniejszony prąd bazy emitera powoduje przemieszczanie się znacznie większego prądu emiter-kolektor. Diody i tranzystory są podobne i mają wiele istotnych właściwości:

Złącze baza-emiter, które przypomina złącze diody, nie pozwoli na transfer elektronów, chyba że napięcie przewodzenia przekroczy 0,7 wolta. Nadmierna ilość prądu powoduje nagrzewanie się tranzystora i wydajną pracę.

W przypadku znacznego wzrostu temperatury tranzystora może być konieczne wyłączenie obwodu! Ostatecznie nadmierna ilość prądu lub napięcia może spowodować trwałe uszkodzenie materiału półprzewodnikowego, który stanowi tranzystor.

Obecnie można znaleźć różne rodzaje tranzystorów. Typowe przykłady to:

Mały sygnał i przełączanie : Te tranzystory są stosowane do wzmacniania sygnałów wejściowych niskiego poziomu do stosunkowo większych poziomów. Tranzystory przełączające są tworzone w celu pełnego włączenia lub całkowitego wyłączenia. Kilka tranzystorów może być równie dobrze używanych do wzmacniania i przełączania.

Tranzystor mocy : Te tranzystory są stosowane we wzmacniaczach dużej mocy i zasilaczach. Te tranzystory są zwykle duże i mają wydłużoną metalową obudowę, aby ułatwić lepsze odprowadzanie ciepła i chłodzenie, a także ułatwić instalację radiatorów.

Wysoka częstotliwość : Te tranzystory są najczęściej używanymi gadżetami opartymi na częstotliwości radiowej, takimi jak radia, telewizory i kuchenki mikrofalowe. Te tranzystory mają cieńszą podstawę i zmniejszone wymiary korpusu. Schematyczne symbole tranzystorów npn i pnp można zobaczyć poniżej:

Należy pamiętać, że znak strzałki wskazujący trzpień emitera zawsze wskazuje kierunek przepływu otworów. Kiedy znak strzałki wskazuje kierunek przeciwny do podstawy, wówczas BJT ma emiter składający się z materiału typu n.

Ten znak wyraźnie identyfikuje tranzystor jako urządzenie n-p-n z bazą mającą materiał typu p. Z drugiej strony, gdy znak strzałki jest skierowany w stronę podstawy, oznacza to, że podstawa jest wykonana z materiału typu n, a szczegóły, że emiter i kolektor składają się z materiału typu p, w wyniku czego urządzenie jest pnp BJT.

Jak Użyj tranzystorów bipolarnych

Gdy do podstawy tranzystora npn przyłożony jest potencjał masy lub 0V, hamuje to przepływ prądu przez zaciski emiter-kolektor, a tranzystor jest wyłączany.

W przypadku, gdy baza jest spolaryzowana do przodu przez przyłożenie różnicy potencjałów wynoszącej co najmniej 0,6 wolta do styków emitera podstawy BJT, natychmiast inicjuje przepływ prądu z emitera do zacisków kolektora i mówi się, że tranzystor jest przełączany. na.'

Podczas gdy BJT są zasilane tylko tymi dwoma metodami, tranzystor działa jak włącznik / wyłącznik. W przypadku, gdy baza jest spolaryzowana do przodu, wielkość prądu emiter-kolektor staje się zależna od stosunkowo mniejszych zmian prądu podstawowego.

Plik tranzystor w takich przypadkach działa jak wzmacniacz . Ten konkretny temat dotyczy tranzystora, w którym emiter ma być wspólnym zaciskiem masy zarówno dla sygnału wejściowego, jak i wyjściowego, i jest określany jako obwód wspólnego emitera . Na poniższych diagramach można zwizualizować kilka podstawowych obwodów wspólnego emitera.

Tranzystor jako przełącznik

Ta konfiguracja obwodu akceptuje tylko dwa typy sygnału wejściowego, sygnał 0 V lub sygnał masy lub napięcie dodatnie + V powyżej 0,7 V. Dlatego w tym trybie tranzystor może być włączany lub wyłączany. Rezystor w podstawie może mieć wartość od 1 K do 10 K omów.

Wzmacniacz tranzystorowy DC

W tym obwodzie rezystor zmienny tworzy polaryzację tranzystora w przód i reguluje wielkość prądu bazy / emitera. Miernik pokazuje ilość prądu dostarczane przez przewody kolektora-emitera.

Rezystor szeregowy miernika zapewnia ochronę miernika przed nadmiernym prądem i zapobiega uszkodzeniu cewki miernika.

W rzeczywistym obwodzie aplikacji do potencjometru można dołączyć czujnik rezystancyjny, którego rezystancja zmienia się w odpowiedzi na czynniki zewnętrzne, takie jak światło, temperatura, wilgotność itp.

Jednak w sytuacjach, w których sygnały wejściowe szybko się zmieniają, można zastosować obwód wzmacniacza prądu przemiennego, jak wyjaśniono poniżej:

Wzmacniacz tranzystorowy AC

Schemat obwodu pokazuje bardzo podstawowy tranzystorowy obwód wzmacniacza prądu przemiennego. Kondensator umieszczony na wejściu blokuje wszelkie formy prądu stałego przed wejściem do podstawy. Rezystor zastosowany do polaryzacji podstawy jest obliczany w celu ustalenia napięcia o połowie poziomu zasilania.

Wzmocniony sygnał „ślizga się” wzdłuż tego stałego napięcia i zmienia jego amplitudę powyżej i poniżej tego poziomu napięcia odniesienia.

Gdyby rezystor polaryzujący nie był używany, tylko połowa zasilania powyżej poziomu 0,7 V została wzmocniona, powodując duże ilości nieprzyjemnych zniekształceń.

Odnośnie kierunku prądu

Wiemy, że kiedy elektrony przemieszczają się przez przewodnik, generują przepływ prądu przez przewodnik.

Ponieważ z technicznego punktu widzenia ruch elektronów w rzeczywistości przebiega z obszaru naładowanego ujemnie do obszaru naładowanego dodatnio, to dlaczego znak strzałki w symbolu diody wydaje się wskazywać na przeciwny przepływ elektronów.

Można to wyjaśnić kilkoma punktami.

1) Zgodnie z początkową teorią Benjamina Franklina przyjęto, że przepływ energii elektrycznej przebiega z obszaru dodatniego do ujemnie naładowanego. Jednak odkrycie elektronów ujawniło prawdę.

Mimo to percepcja pozostała taka sama, a schematy nadal podążały za konwencjonalną wyobraźnią, w której przepływ prądu jest pokazywany od pozytywnego do negatywnego, ponieważ myślenie przeciwne w jakiś sposób utrudnia symulację wyników.

2) W przypadku półprzewodników w rzeczywistości to dziury przemieszczają się naprzeciw elektronów. To sprawia, że ​​elektrony wydają się przesuwać od dodatniego do ujemnego.

Aby być precyzyjnym, należy zauważyć, że przepływ prądu jest w rzeczywistości przepływem ładunku wytworzonym przez obecność lub brak elektronu, ale jeśli chodzi o symbol elektroniczny, po prostu uważamy, że konwencjonalne podejście jest łatwiejsze do naśladowania,

Tyrystor

Podobnie jak tranzystory, tyrystory są również urządzeniami półprzewodnikowymi, które mają trzy zaciski i odgrywają ważną rolę w wielu projektach elektronicznych.

Tak jak tranzystor włącza się przy małym prądzie na jednym z przewodów, tyrystory również działają w podobny sposób i umożliwiają przewodzenie znacznie większego prądu przez pozostałe dwa uzupełniające się przewody.

Jedyna różnica polega na tym, że tyrystory nie mają możliwości wzmacniania oscylujących sygnałów AC. Reagują na sygnał wejściowy sterowania, włączając lub całkowicie wyłączając. To jest powód, dla którego tyrystory są również znane jako „przełączniki półprzewodnikowe”.

Prostowniki sterowane krzemem (SCR)

SCR to urządzenia, które reprezentują dwie podstawowe formy tyrystorów. Ich struktura przypomina tranzystory bipolarne, ale SCR mają czwartą warstwę, a więc trzy złącza, jak pokazano na poniższym rysunku.

Wewnętrzny układ SCR i symbol schematyczny można zwizualizować na poniższym rysunku.

Zwykle pinouty SCR są pokazane pojedynczymi literami jako: A dla anody, K (lub C) dla katody i G dla bramki.

Kiedy pin A anody tyrystora SCR jest zastosowany z dodatnim potencjałem, który jest wyższy niż pin katody (K), dwa skrajne złącza są spolaryzowane do przodu, chociaż centralne złącze p-n pozostaje spolaryzowane do tyłu, hamując jakikolwiek przepływ prądu przez nie.

Jednak gdy tylko pin bramki G zostanie przyłożony przy minimalnym napięciu dodatnim, umożliwia to przewodzenie znacznie większej mocy przez wtyki anody / katody.

W tym momencie SCR zostaje zatrzaśnięty i pozostaje włączony nawet po usunięciu odchylenia bramki. Może to trwać w nieskończoność, aż anoda lub katoda zostaną chwilowo odłączone od linii zasilającej.

Następny projekt poniżej przedstawia SCR skonfigurowany jak przełącznik do sterowania żarówką.

Przełącznik po lewej stronie jest przełącznikiem typu push-to-OFF, co oznacza, że ​​otwiera się po naciśnięciu, podczas gdy przełącznik po prawej stronie jest przełącznikiem typu push-to-ON, który przewodzi po naciśnięciu. Naciśnięcie tego przełącznika na chwilę lub tylko na sekundę włącza lampę.

SCR zatrzaskuje się i lampa zapala się na stałe. Aby wyłączyć lampę do stanu początkowego, należy na chwilę nacisnąć lewy boczny przełącznik.

SCR są produkowane z różnymi mocami znamionowymi i wydajnością, od 1 ampera, 100 woltów do 10 amperów lub więcej i kilkuset woltów.

Triaki

Triaki są szczególnie stosowane w obwodach elektronicznych, które wymagają przełączania obciążenia AC wysokiego napięcia.

Wewnętrzna struktura triaka w rzeczywistości wygląda jak dwa SCR połączone odwrotnie równolegle. Oznacza to, że triak uzyskuje zdolność przewodzenia energii elektrycznej w obu kierunkach przy zasilaniu prądem stałym i zmiennym.

Aby zaimplementować tę funkcję, triak jest zbudowany z pięciu warstw półprzewodników z dodatkowym obszarem typu n. Pinouty triaka są połączone w taki sposób, że każdy pin styka się z parą tych obszarów półprzewodników.

Chociaż tryb pracy terminala bramki triaka jest podobny do SCR, bramka nie jest konkretnie odniesiona do zacisków anody lub katody, dzieje się tak dlatego, że triak może przewodzić w obie strony, więc bramka może być aktywowana za pomocą dowolnego z terminali w zależności od czy używany jest sygnał dodatni czy ujemny dla wyzwalacza bramki.

Z tego powodu dwa główne zaciski przenoszące obciążenie triaka są oznaczone jako MT1 i MT2 zamiast A lub K. Litery MT odnoszą się do „zacisku głównego”. jak pokazano na poniższym schemacie połączeń.

Gdy triak jest używany do przełączania prądu przemiennego, tor przewodzi tylko tak długo, jak długo bramka pozostaje podłączona do małego wejścia zasilania. Po usunięciu sygnału bramki nadal triak jest włączony, ale tylko do momentu, gdy cykl przebiegu prądu przemiennego osiągnie linię przejścia przez zero.

Gdy zasilanie AC osiągnie linię zerową, triak wyłącza się samoczynnie i podłączone obciążenie na stałe, aż do ponownego podania sygnału bramki.

Triaki mogą być używane do sterowania większością urządzeń gospodarstwa domowego wraz z silnikami i pompami.

Chociaż triaki są również klasyfikowane według ich aktualnej zdolności przeładunkowej lub wartości znamionowej, podobnie jak SCR, SCR są ogólnie dostępne ze znacznie wyższymi wartościami znamionowymi prądu niż triak.

Półprzewodnik Urządzenia emitujące światło

Po wystawieniu na działanie wysokich poziomów światła, ciepła, elektronów i podobnych energii większość półprzewodników wykazuje tendencję do emitowania światła o długości fali widzialnej dla człowieka lub długości fali podczerwieni.

Idealnie do tego nadają się półprzewodniki z rodziny diod złączowych p-n.

Diody elektroluminescencyjne (LED) robią to, przekształcając prąd elektryczny bezpośrednio w światło widzialne. Diody LED są niezwykle wydajne pod względem konwersji prądu na światło niż jakiekolwiek inne źródła światła.

Zastosowano białe, bardzo jasne diody LED oświetlenie domu celów, podczas gdy kolorowe diody LED są używane w zastosowaniach dekoracyjnych.

Intensywność diody LED można regulować liniowo zmniejszając napięcie wejściowe DC lub bezpośrednio Modulacja szerokości impulsów wejście zwane również PWM.

Półprzewodnikowe detektory światła

Kiedy jakakolwiek forma energii wchodzi w kontakt z kryształem półprzewodnika, prowadzi to do wytworzenia prądu w krysztale. Jest to podstawowa zasada działania wszystkich półprzewodnikowych czujników światła.

Półprzewodnikowe detektory światła można podzielić na główne typy:

Te, które są zbudowane przy użyciu półprzewodników złączowych pn, a inne, które nie są.

W tym wyjaśnieniu zajmiemy się tylko wariantami p-n. Detektory światła oparte na złączach P-n są najpowszechniej stosowanymi członkami rodziny półprzewodników fotonicznych.

Większość z nich jest wykonana z krzemu i może wykrywać zarówno światło widzialne, jak i bliską podczerwień.

Fotodiody:

Fotodiody są specjalnie zaprojektowane do projektów elektronicznych, które są przeznaczone do wykrywania światła. Można je znaleźć we wszelkiego rodzaju gadżetach, np. W aparatach, alarmy antywłamaniowe , Relacja na żywo komunikacja itp.

W trybie detektora światła fotodioda działa generując dziurę lub współdzielenie elektronów na złączu pn. Powoduje to przepływ prądu, gdy tylko zaciski po stronie złącza p i n zostaną podłączone do zewnętrznego zasilania.

W trybie fotowoltaicznym fotodioda działa jak źródło prądu w obecności padającego światła. W tej aplikacji urządzenie zaczyna działać w trybie odwrotnej polaryzacji w odpowiedzi na oświetlenie światłem.

W przypadku braku światła nadal przepływa niewielka ilość prądu, zwana „prądem ciemnym”.

Fotodioda jest generalnie produkowana w wielu różnych projektach opakowań. Są one w większości dostępne w plastikowym korpusie, fabrycznie zainstalowanych soczewkach i filtracji i tak dalej.

Kluczową różnicą jest wymiar półprzewodnika, który jest używany w urządzeniu. Fotodiody przeznaczone do szybkich czasów reakcji w trybie fotoprzewodzącym z odwróconą polaryzacją są zbudowane z wykorzystaniem półprzewodników o małej powierzchni.

Fotodiody o większym obszarze zwykle reagują trochę wolno, ale mogą mieć zdolność zapewniania wyższego stopnia czułości na oświetlenie.

Fotodioda i dioda LED mają ten sam schematyczny symbol, z wyjątkiem tego, że kierunek strzałek skierowanych do wewnątrz fotodiody. Fotodiody są zwykle przyzwyczajone do rozpoznawania szybko zmieniających się impulsów, nawet przy bliskiej długości fali podczerwieni, jak w komunikacji fal świetlnych.

Poniższy obwód ilustruje sposób, w jaki fotodioda mogłaby być ewentualnie zastosowana w zestawie światłomierza. Wyniki wyjściowe tego obwodu są dość liniowe.

Fototranzystory

Fototranzystory są stosowane w projektach elektronicznych, które wymagają wyższego stopnia czułości. Urządzenia te zostały stworzone wyłącznie w celu wykorzystania wrażliwości na światło we wszystkich tranzystorach. Generalnie fototranzystor można znaleźć w urządzeniu npn o szerokiej podstawie, która może być wystawiona na działanie światła.

Światło wpadające do bazy zastępuje naturalny prąd baza-emiter, który występuje w normalnych tranzystorach npn.

Dzięki tej funkcji fototranzystor jest w stanie natychmiast wzmocnić zmiany światła. Zwykle można uzyskać dwa typy fototranzystorów npn. Jeden z nich ma standardową strukturę npn, alternatywny wariant jest wyposażony w dodatkowy tranzystor npn zapewniający dodatkowe wzmocnienie i jest znany jako tranzystor „fotodarlingtona”.

Są niezwykle czułe, choć trochę powolne w porównaniu do zwykłego fototranzystora npn. Schematyczne symbole ogólnie stosowane dla fototranzystorów podano poniżej:

Fototranzystory są dość często stosowane do wykrywania przemiennych (AC) impulsów światła. Są one dodatkowo wykorzystywane do identyfikacji światła ciągłego (dc), takiego jak następujący obwód, w którym fotodarlington jest stosowany do aktywacji przekaźnika.

Ten samouczek będzie regularnie aktualizowany o nowe specyfikacje komponentów, więc bądź na bieżąco.