Jak skonfigurować rezystory, kondensatory i tranzystory w obwodach elektronicznych

W tym poście staramy się ocenić, jak skonfigurować lub połączyć elementy elektroniczne, takie jak rezystory, kondensatory z obwodami elektronicznymi poprzez prawidłowe obliczenia

Uprzejmie przeczytaj mój poprzedni post dotyczący co to jest napięcie i prąd , w celu lepszego uchwycenia poniżej wyjaśnionych podstawowych faktów elektronicznych.

Co to jest rezystor

- Jest to element elektroniczny służący do przeciwdziałania przepływowi elektronów lub prądowi. Służy do zabezpieczenia elementów elektronicznych poprzez ograniczenie przepływu prądu przy wzroście napięcia. Z tego samego powodu diody LED wymagają szeregowych rezystorów, aby mogły pracować przy napięciach wyższych niż podane wartości znamionowe. Inne aktywne komponenty, takie jak tranzystory, mosfety, triaki, SCR również zawierają rezystory z tych samych powodów.

Co to jest kondensator

Jest to element elektroniczny, który przechowuje pewną ilość ładunku elektrycznego lub po prostu przyłożonego napięcia / prądu, gdy jego przewody są podłączone przez odpowiednie punkty zasilania. Element jest zasadniczo oceniany za pomocą kilku jednostek, mikrofaradów i napięcia. „Mikrofarada” decyduje o ilości prądu, którą może przechowywać, a napięcie określa, ile maksymalnego napięcia można przyłożyć do niego lub w nim zmagazynować. Napięcie znamionowe jest krytyczne, jeśli przekroczy oznaczenie, kondensator po prostu eksploduje.

Zdolność magazynowania tych elementów sprawia, że ​​zmagazynowana energia staje się użyteczna, dlatego są one wykorzystywane jako filtry, w których zgromadzone napięcie jest wykorzystywane do wypełniania pustych przestrzeni lub spadków napięcia w zasilaniu źródła, tym samym wypełniając lub wygładzając rowy w linii.

Zmagazynowana energia ma również zastosowanie, gdy jest powoli uwalniana przez element ograniczający, taki jak rezystor. W tym przypadku czas potrzebny kondensatorowi do pełnego naładowania lub całkowitego rozładowania staje się idealny do zastosowań czasowych, w których wartość kondensatora decyduje o zakresie czasowym jednostki. Dlatego są one używane w zegarach, oscylatorach itp.

Inną cechą jest to, że gdy kondensator jest w pełni naładowany, nie przepuszcza więcej prądu / napięcia i zatrzymuje przepływ prądu przez jego przewody, co oznacza, że ​​przyłożony prąd przepływa przez jego przewody tylko w trakcie ładowania i jest blokowany po zakończeniu ładowania. proces jest zakończony.

Ta funkcja jest wykorzystywana do umożliwiania chwilowego przełączania określonego aktywnego składnika. Na przykład, jeśli napięcie wyzwalające zostanie przyłożone do podstawy tranzystora za pośrednictwem kondensatora, zostanie aktywowane tylko na określony fragment czasu, aż kondensator zostanie w pełni naładowany, po czym tranzystor przestanie przewodzić. To samo można zaobserwować w przypadku diody LED zasilanej przez kondensator, która zapala się na ułamek sekundy, a następnie gaśnie.

Co to jest tranzystor

Jest to element półprzewodnikowy mający trzy wyprowadzenia lub odnogi. Nogi mogą być okablowane w taki sposób, że jedna noga staje się wspólnym gniazdem dla napięć przyłożonych do pozostałych dwóch nóg. Wspólna noga nazywana jest emiterem, podczas gdy pozostałe dwie nogi są nazwane jako podstawa i kolektor. Baza otrzymuje wyzwalacz przełączający w odniesieniu do emitera, co umożliwia przejście z kolektora do emitera stosunkowo dużego napięcia i prądu.

Taki układ sprawia, że ​​działa jak przełącznik. Dlatego każde obciążenie podłączone do kolektora można włączać lub wyłączać przy stosunkowo niewielkich potencjałach u podstawy urządzenia.

Napięcia przyłożone u podstawy i kolektora ostatecznie docierają do wspólnego miejsca przeznaczenia przez emiter. Emiter jest podłączony do masy dla tranzystorów typu NPN oraz do plusa dla tranzystorów typu PNP. NPN i PNP uzupełniają się wzajemnie i działają dokładnie w ten sam sposób, ale wykorzystując przeciwne kierunki lub polaryzacje z napięciami i prądami.

Co to jest dioda:

Proszę odnieś się Ten artykuł aby uzyskać pełne informacje.

Co to jest SCR:

Można go porównać do tranzystora i jest również używany jako przełącznik w obwodach elektronicznych. Trzy przewody lub nogi są określone jako brama, anoda i katoda. Katoda jest wspólnym terminalem, który staje się ścieżką odbiorczą dla napięć przyłożonych do bramki i anody urządzenia. Bramka jest punktem wyzwalającym, który przełącza moc podłączoną do anody przez wspólną odnogę katody.

Jednak w przeciwieństwie do tranzystorów bramka SCR wymaga większej ilości napięcia i prądu, a ponadto urządzenie może być używane do przełączania wyłącznie prądu przemiennego na anodzie i katodzie. Dlatego staje się przydatne do przełączania obciążeń prądu przemiennego w odpowiedzi na wyzwalacze odebrane na swojej bramce, ale bramka będzie potrzebować wyłącznie potencjału prądu stałego do realizacji operacji.

Implementacja powyższych komponentów w praktycznym układzie:

Jak skonfigurować rezystory, kondensatory i tranzystory w obwodach elektronicznych ......?

Używanie i wdrażanie części elektronicznych praktycznie w obwodach elektronicznych jest ostateczną rzeczą, której każdy hobbysta elektroniki zamierza się nauczyć i opanować. Chociaż łatwiej powiedzieć niż zrobić, kilka poniższych przykładów pomoże ci zrozumieć, w jaki sposób można skonfigurować rezystory, kondensatory, tranzystory do budowy konkretnego obwodu aplikacji:

Ponieważ temat może być zbyt obszerny i wypełniać objętości, omówimy tylko jeden obwód zawierający tranzystor, kondensator, rezystory i diodę LED.

Zasadniczo element aktywny zajmuje centralne miejsce w obwodzie elektronicznym, podczas gdy elementy pasywne pełnią rolę pomocniczą.

Powiedzmy, że chcemy utworzyć obwód czujnika deszczu. Ponieważ tranzystor jest głównym składnikiem aktywnym, musi zająć centralne miejsce. Więc umieszczamy go dokładnie w środku schematu.

Trzy przewody tranzystorów są otwarte i wymagają wymaganej konfiguracji przez części pasywne.

Jak wyjaśniono powyżej, emiter jest wspólnym gniazdem. Ponieważ używamy tranzystora typu NPN, emiter musi iść do masy, więc podłączamy go do masy lub ujemnej szyny zasilającej obwodu.

Podstawa jest głównym wejściem czujnikowym lub wyzwalającym, więc to wejście musi być połączone z elementem czujnikowym. Element czujnikowy to para metalowych zacisków.

Jeden z zacisków jest podłączony do dodatniego zasilania, a drugi zacisk należy podłączyć do podstawy tranzystora.

Czujnik służy do wykrywania obecności wody deszczowej. W momencie, gdy zaczyna się deszcz, krople wody łączą dwa terminale. Ponieważ woda ma niski opór, dodatnie napięcie zaczyna przeciekać przez swoje zaciski do podstawy tranzystora.

To wyciekające napięcie zasila podstawę tranzystora i dociera do ziemi przez emiter. W momencie, w którym to nastąpi, zgodnie z właściwością urządzenia, otwiera ono bramy między kolektorem a emiterem.

Oznacza to, że jeśli teraz podłączymy dodatnie źródło napięcia do kolektora, zostanie on natychmiast połączony z masą poprzez swój emiter.

Dlatego podłączamy kolektor tranzystora do dodatniego, ale robimy to przez obciążenie, aby obciążenie działało z przełączaniem, i właśnie tego szukamy.

Symulując w szybkim tempie powyższą operację, widzimy, że dodatnie zasilanie przecieka przez metalowe zaciski czujnika, dotyka podstawy i kontynuuje swój bieg, aby w końcu dotrzeć do masy kończąc obwód bazowy, jednak ta operacja powoduje natychmiastowe ściągnięcie napięcia kolektora do masy za pośrednictwem nadajnika, włączając obciążenie, które jest tutaj brzęczykiem. Słychać brzęczyk.

Ta konfiguracja jest konfiguracją podstawową, jednak wymaga wielu poprawek, a także można ją modyfikować na wiele różnych sposobów.

Patrząc na schemat stwierdzamy, że w obwodzie nie ma rezystora bazowego ponieważ sama woda działa jak rezystor, ale co się stanie, jeśli zaciski czujnika zostaną przypadkowo zwarte, cały prąd zostałby zrzucony do podstawy tranzystora, smażąc go natychmiast.

Dlatego ze względów bezpieczeństwa dodajemy rezystor do podstawy tranzystora. Jednak wartość rezystora bazowego decyduje o tym, ile prądu wyzwalającego może wejść przez styki bazy / emitera, a zatem z kolei wpływa na prąd kolektora. I odwrotnie, rezystor bazowy powinien być taki, aby umożliwiał pobieranie wystarczającego prądu z kolektora do emitera, umożliwiając doskonałe przełączanie obciążenia kolektora.

Dla łatwiejszych obliczeń z reguły można przyjąć, że wartość rezystora bazowego jest 40 razy większa niż rezystancja obciążenia kolektora.

Zatem w naszym obwodzie, zakładając, że kolektor jest obciążony brzęczykiem, mierzymy rezystancję brzęczyka, która wynosi powiedzmy 10K. 40 razy 10K oznacza, że ​​rezystancja podstawy musi wynosić około 400K, jednak okazuje się, że opór wody wynosi około 50K, więc odejmując tę ​​wartość od 400K, otrzymujemy 350K, czyli wartość rezystora bazowego, którą musimy wybrać.

Teraz załóżmy, że chcemy podłączyć diodę LED do tego obwodu zamiast brzęczyka. Nie możemy podłączyć diody LED bezpośrednio do kolektora tranzystora, ponieważ diody LED są również wrażliwe i będą wymagały rezystora ograniczającego prąd, jeśli napięcie robocze jest wyższe niż określone napięcie przewodzenia.

Dlatego podłączamy diodę szeregowo z rezystorem 1K na kolektorze i dodatnim powyższym obwodzie, zastępując brzęczyk.

Teraz rezystor połączony szeregowo z diodą LED można uznać za rezystancję obciążenia kolektora.

Więc teraz rezystancja podstawy powinna być 40 razy większa od tej wartości, co wynosi 40K, jednak sama wodoodporność wynosi 150K, co oznacza, że ​​rezystancja podstawy jest już zbyt wysoka, co oznacza, że ​​gdy woda deszczowa zmostkuje czujnik, tranzystor nie będzie w stanie Włączyć diodę LED jasno, raczej zaświeci ją bardzo słabo.

Jak więc możemy rozwiązać ten problem?

Musimy uczynić tranzystor bardziej czułym, więc podłączamy inny tranzystor, aby wspomóc istniejący w konfiguracji Darlington. W takim układzie para tranzystorów staje się bardzo czuła, co najmniej 25 razy bardziej czuła niż poprzedni obwód.

25 razy większa czułość oznacza, że ​​możemy wybrać opór podstawy, który może być 25 + 40 = 65 do 75 razy większy od rezystancji kolektora, otrzymujemy maksymalny zakres od około 75 do 10 = 750 K, więc można to przyjąć jako całkowitą wartość bazy rezystor.

Odejmując opór wody 150K od 750K, otrzymujemy 600K, więc jest to podstawowa wartość rezystora, jaką możemy wybrać dla obecnej konfiguracji. Pamiętaj, że rezystor obudowy może mieć dowolną wartość, o ile spełnia dwa warunki: nie nagrzewa tranzystora i pomaga w zadowalającym przełączaniu obciążenia kolektora. Otóż ​​to.

Teraz załóżmy, że dodamy kondensator do podstawy tranzystora i masy. Kondensator, jak wyjaśniono powyżej, początkowo przechowuje pewien prąd, gdy zaczyna się deszcz, przez wycieki na zaciskach czujnika.

Teraz po ustaniu deszczu i odłączeniu przecieku mostka czujnika tranzystor nadal prowadzi dźwięk brzęczyka… jak? Zmagazynowane napięcie wewnątrz kondensatora zasila teraz bazę tranzystora i utrzymuje go w stanie włączonym, dopóki nie rozładuje się poniżej podstawowego napięcia przełączania. To pokazuje, jak kondensator może służyć w obwodzie elektronicznym.