Peruselektroniikka selitetty

Aloittelijalle elektroniikka, rakentaminen sähköiset perusprojektit piirikaaviosta voi olla ylivoimainen. Tämän pikaoppaan tarkoituksena on auttaa aloittelijoita antamalla heille käteviä tietoja elektronisista osista sekä piirien rakentamistekniikoista. Tutkimme perusosia, kuten vastuksia, kondensaattoreita, induktoreita, muuntajia ja potentiometrejä.

Vastukset

Vastus on osa, joka haihtaa virtaa normaalisti lämmön avulla. Toteutus määritetään ohmin laina tunnetulla suhteella: V = I X R, jossa V on jännite vastuksen yli voltteina, I viittaa vastuksen läpi kulkevaan virtaan ampeereina ja R on vastuksen arvo ohmina. Vastuksen esitykset on esitetty kuvassa 1.1.

Joko pystymme hyödynnä vastusta muuttaa jännitettä tietyssä piirin kohdassa tai voisimme käyttää sitä muuttamaan virtaa piirin haluttuun kohtaan.

Vastuksen arvo voidaan tunnistaa sen ympärillä olevien värillisten renkaiden kautta. Löydät 3 perusrengasta tai -nauhaa, jotka antavat meille nämä yksityiskohdat (kuva 1.2).

Nauhat on maalattu tietyillä väreillä, ja jokainen värillinen nauha edustaa numeroa, kuten taulukossa 1.1 on esitetty. Esimerkiksi, kun nauhat ovat ruskeita, punaisia ​​ja oransseja, vastuksen arvo on 12 X 100,0 tai 12 000 ohmia 1000 ohmia tunnistetaan normaalisti kilohmina tai k, kun taas 1 000 000 on nimeltään megohmi tai MOhm.

Viimeinen värillinen rengas tai nauha osoittaa vastuksen toleranssisuureen tietylle vastuksen arvolle. Kulta paljastaa + tai - 5 prosentin (± 5%) toleranssin, hopea tarkoittaa, että se on + tai - 10 prosenttia (± 10%). Jos tolenssikaistaa ei löydy, se tarkoittaa yleensä, että toleranssi on ± 20 prosenttia.

Yleisesti ottaen mitä suurempi vastus on, sitä suurempi teho voidaan luokitella käsittelemään. Tehon nimellisteho watteina voi vaihdella 1/8 W: sta moniin watteihin. Tämä teho on periaatteessa vastuksen läpi kulkevan jännitteen (V) ja virran (I) tulo.

Ohmin lakia soveltamalla voimme määrittää vastuksen hajauttaman tehon (P) muodossa P = V X I = I ^ 2R = V ^ 2 / R, jossa R on vastuksen arvo. Et löydä mitään sähköistä negatiivista puolta työskennellessäsi vastuksen kanssa, joka voi olla käytännössä vaadittavia määrityksiä suurempi.

Ainoa pieni haittapuoli voi olla lisääntyneiden mekaanisten mittojen ja ehkä suurempien kustannusten muodossa.

KAPASITEETIT

Kondensaattorin aikaisempi nimi oli aikoinaan lauhdutin, vaikka nykyinen nimi näyttää enemmän liittyvän sen todelliseen toimintaan. Kondensaattori on suunniteltu 'kapasiteetilla' sähköenergian varastointiin.

Kondensaattorin perustoiminto on sallia vaihtovirran (tasavirta) kulkeminen sen läpi, mutta estää tasavirta (tasavirta).

Toinen tärkeä näkökohta on, että jos tasavirta jännite, esimerkiksi akun kautta, kytketään hetkeksi kondensaattorin yli, olennaisesti tämä tasavirta pysyy edelleen kondensaattorijohtimien yli, kunnes joko vastuksen kaltainen elementti on liitetty sen yli tai saatat lopulta oikosuluttaa kondensaattorin liittimet toistensa kanssa aiheuttaen varastoidun energian purkautumisen.

RAKENTAMINEN

Kondensaattori on yleensä valmistettu levyparista, joka on erotettu eristävällä aineella, joka tunnetaan dielektrisenä.

Dielektrinen aine voidaan muodostaa ilmalla, paperilla, keraamisella aineella, polystyreenillä tai minkä tahansa tyyppisellä muulla sopivalla materiaalilla. Suurempia kapasitanssiarvoja varten käytetään elektrolyyttiä dielektriseen erottamiseen. Tällä elektrolyyttisellä aineella on kyky varastoida sähköenergiaa erittäin tehokkaasti.

Kapasitiiviseen toimintaan tarvitaan yleisesti tasavirta. Siksi löydämme kytkentäkaavioista kondensaattorin positiivisen johtimen, joka on merkitty valkoiseksi lohkoksi, kun taas negatiivinen puoli on musta lohko.

Säädettävät tai säädettävät kondensaattorit sisältävät kääntösiipiä, jotka on erotettu ilmarakolla, tai eristeellä, kuten kiille. Kuinka paljon nämä siivet menevät päällekkäin, määrittää kapasitanssin suuruus , ja tätä voidaan muuttaa tai säätää siirtämällä muutettavan kondensaattorin karaa.

Kapasitanssi mitataan Faradsissa. Yksi Farad-kondensaattori voisi kuitenkin olla olennaisesti suuri mihin tahansa käytännön käyttöön. Siksi kondensaattorit on merkitty joko mikrofaradeihin (uF), nanofaradeihin (nF) tai pikofaradeihin (pF).

Miljoona picofaradia vastaa yhtä mikrofaradia ja miljoona mikrofaradia vastaa yhtä suuruusluokkaa Faradia. Vaikka nanofaradeja (nF) ei käytetä kovin usein, yksi nanofarad edustaa tuhatta picofaradia.

Joskus saatat löytää pienempiä kondensaattoreita, joihin on merkitty värikoodit, kuten vastukset.

Näille arvot voitiin määrittää pF: ssä, kuten viereisessä värikartassa osoitetaan. Alareunassa oleva nauhapari tarjoaa kondensaattorin toleranssin ja suurimman käyttökelpoisen jännitteen.

On ehdottomasti huomattava, että kondensaattorin runkoon painettu jänniteluokitus edustaa kondensaattorin absoluuttisesti suurinta sallittua jänniterajaa, jota ei saa koskaan ylittää. Lisäksi, kun kyseessä ovat elektrolyyttikondensaattorit, napaisuus on tarkistettava huolellisesti ja juotettava vastaavasti.

INDUKTORIT

Elektronisissa piireissä Kela työominaisuudet ovat päinvastoin kuin kondensaattorit. Induktorit osoittavat taipumusta kulkea tasavirtaa niiden läpi, mutta yrittävät vastustaa vaihtovirtaa tai vastustaa sitä. Ne ovat yleensä superemaloitujen kuparilankakelojen muodossa, jotka kääritään normaalisti entisen ympärille.

Korkean arvon luomisesta induktorit , rauta-aine lisätään normaalisti ytimeen tai se voidaan asentaa kelaa ympäröivän kannen tapaan.

Tärkeä induktorin ominaisuus on sen kyky tuottaa 'taka e.m.f.' heti kun käytetty jännite poistetaan kelan yli. Tämä tapahtuu normaalisti johtuen induktorista, joka korvaa alkuperäisen virran häviön virran yli.

Induktorin kaavamaiset symbolit näkyvät kuvassa 1.5. Induktanssin yksikkö on Henry, vaikka yleensä käytetään millihenryjä tai mikrohenryrejä (mH ja vastaavasti). mittaamalla induktorit käytännön sovelluksissa.

Yhdellä millihenryllä on 1000 mikrohenryä, kun taas tuhannella millihenrylla on yhtä Henryä. Induktorit ovat yksi niistä komponenteista, joita ei ole helppo mitata, varsinkin jos todellista arvoa ei tulosteta. Myös näiden mittaaminen on entistä monimutkaisempaa, kun ne rakennetaan kotona epätyypillisten parametrien avulla.

Kun induktoreita käytetään vaihtosignaalien estämiseen, niitä kutsutaan radiotaajuisiksi kuristimiksi tai RF-kuristimiksi (RFC). Induktoreita käytetään kondensaattoreiden kanssa viritettyjen piirien muodostamiseksi, jotka sallivat vain lasketun taajuuskaistan ja estävät loput.

Viritetyt virtapiirit

Viritetty piiri (kuva 1.6), johon liittyy induktori L ja kondensaattori C, olennaisesti joko sallii tietyn taajuuden liikkumisen ja estää kaikki muut taajuudet tai estää tietyn taajuusarvon ja antaa kaikkien muiden kulkea kautta.

Viritetyn piirin selektiivisyyden mitta, josta taajuusarvo saadaan, tulee sen Q (laadun) tekijäksi.

Tätä taajuuden viritettyä arvoa kutsutaan myös resonanssitaajuudeksi (f0) ja se mitataan hertseinä tai jaksoina sekunnissa.

Kondensaattoria ja induktoria voidaan käyttää sarjaan tai rinnakkain a: n muodostamiseksi resonanssiviritetty piiri (Kuva 1.6.a). Sarjaviritetyllä piirillä voi olla pieni häviö verrattuna rinnakkaiseen viritettyyn piiriin (kuva 1.6.b).

Kun mainitsemme häviön tässä, se viittaa yleensä verkon yli kulkevan jännitteen ja verkon läpi kulkevan virran suhteeseen. Tätä kutsutaan myös sen impedanssiksi (Z).

Tämän impedanssin vaihtoehtoiset nimet tietyille komponenteille voivat olla esim. vastus (R) vastuksille ja reaktanssi (X) induktoreille ja kondensaattoreille.

Muuntajat

Muuntajia käytetään vuorottavan tulojännitteen / virran nostamiseksi korkeammille ulostulotasoille tai sen laskemiseksi alemmille lähtötasoille. Tämä toiminta varmistaa samanaikaisesti myös täydellisen sähköisen eristyksen tulojen AC ja lähtö AC välillä. Pari muuntajaa voidaan nähdä kuvassa 1.7.

Valmisteet merkitsevät kaikki yksityiskohdat ensisijaisella tai syöttöpuolella loppuliitteen '1' kautta. Toissijaista eli lähtöpuolta merkitsee loppuliite '2' T1 ja T2 ilmaisevat vastaavasti ensiö- ja toissijaisten kierrosten määrän. Sitten:

Kun muuntaja on suunniteltu verkkojännitteen alentamiseksi 240 V: sta pienemmälle jännitteelle, esimerkiksi 6 V: lle, ensiöpuolella on suhteellisen suurempi kierrosluku ohuemmalla mittalangalla, kun taas toissijainen puoli on rakennettu suhteellisen pienellä kierrosten lukumäärällä, mutta käyttämällä paljon paksumpaa ulostulojohtoa.

Tämä johtuu siitä, että korkeampaan jännitteeseen liittyy suhteellisesti pienempi virta ja siten ohuempi lanka, kun taas pienempään jännitteeseen liittyy suhteellisesti suurempi virta ja siten paksumpi lanka. Ensisijaisen ja toissijaisen tehon nettoarvot (V x I) ovat lähes samat ihanteellisessa muuntajassa.

Kun muuntajan käämityksessä on langankierto irrotettu yhdestä kierroksesta (kuva 1.7.b), seurauksena on käämin jännitteen jakautuminen läpän yli, joka on verrannollinen käämityksen kierrosten lukumäärään, joka on erotettu keskellä olevalla langalla.

Nettojännitteen suuruus toissijaisen käämityksen päässä toisistaan ​​on edelleen yllä esitetyn kaavan mukainen

Kuinka suuri muuntaja voi olla, riippuu sen toissijaisen virran määrittelyn suuruudesta. Jos nykyinen spec on suurempi, myös muuntajan mitat kasvavat suhteellisesti.

On myös suunniteltu pienikokoisia muuntajia suurtaajuiset piirit , kuten radiot, lähettimet jne. ja niissä on sisäänrakennettu kondensaattori, joka on kiinnitetty käämityksen poikki.

Puolijohteiden käyttö elektronisissa projekteissa

Kirjoittaja: Metsä M.Mims

Sähköisten projektien rakentaminen ja kokeilu voi olla palkitsevaa, mutta paljon haastavaa. Siitä tulee vieläkin tyydyttävämpää, kun sinä a harrastaja Viimeistele piiriprojektin rakentaminen, käynnistä se ja löydä hyödyllinen toimintamalli, joka on kehitetty kourallisesta roskapostista. Tämä saa sinut tuntemaan itsesi luojaksi, kun taas onnistunut projekti osoittaa valtavat ponnistelut ja tietosi kyseisellä alalla.

Tämä voi olla vain hauskanpitoa vapaa-ajalla. Jotkut muut ihmiset saattavat haluta toteuttaa projektin, jota ei ole vielä valmistettu, tai saattaa räätälöidä markkinoiden elektronisen tuotteen innovatiivisemmaksi versioksi.

Menestyksen saavuttamiseksi tai piirivirheen vianmääritykseksi sinun on perehdyttävä eri komponenttien toimintaan ja käyttöönottoon käytännöllisissä piireissä. OK, joten päästään asiaan.

Tässä opetusohjelmassa aloitamme puolijohteet.

Miten Puolijohde on luotu piillä

Löydät erilaisia ​​puolijohtavia komponentteja, mutta pii, joka on hiekan pääelementti, on tunnetuimpia elementtejä. Piiatomi koostuu vain 4 elektronista sen uloimmassa kuoressa.

Kuitenkin voi hyvinkin saada 8 heistä. Tämän seurauksena piiatomi tekee yhteistyötä naapuriatomien kanssa jakamaan elektroneja seuraavalla tavalla:

Kun ryhmä piiatomeja jakaa niiden ulkoiset elektronit, se johtaa kristalliksi tunnetun järjestelyn muodostumiseen.

Alla olevassa piirroksessa on piikide, jolla on vain niiden ulkoiset elektronit. Piinä ei puhtaassa muodossa ole hyödyllistä tarkoitusta.

Tämän vuoksi valmistajat parantavat näitä piipohjaisia ​​tuotteita fosforilla, boorilla ja muilla ainesosilla. Tätä prosessia kutsutaan piin dopingiksi. Kun doping on lisätty, sitä lisätään hyödyllisillä sähköisillä ominaisuuksilla.

P ja N dopattua piitä : Elementtejä, kuten booria, fosforia, voidaan tehokkaasti käyttää yhdistämiseen piiatomien kanssa kiteiden valmistamiseksi. Tässä temppu: booriatomissa on vain 3 elektronia ulkokuoressa, kun taas fosforiatomissa on 5 elektronia.

Kun pii yhdistetään tai seostetaan joidenkin fosforielektronien kanssa, se muuttuu n-tyyppiseksi piiksi (n = negatiivinen). Kun pii sulatetaan booriatomeihin, joista puuttuu elektroni, pii muuttuu p-tyyppiseksi (p = positiivinen) piiksi.

P-tyyppinen pii. Kun booriatomi on seostettu piiatomien ryhmällä, syntyy tyhjä elektroni-ontelo, jota kutsutaan 'reiäksi'.

Tämän reiän avulla naapuriatomin elektroni voi pudota aukkoon (reikään). Tämä tarkoittaa, että yksi 'reikä' on muuttanut sijaintinsa uuteen paikkaan. Pidä mielessä, että reiät voivat kellua helposti piin yli (samalla tavalla kuplat liikkuvat vedessä).

N-tyyppi pii. Kun fosforiatomi yhdistetään tai seostetaan piiatomiryhmän kanssa, järjestelmä antaa ylimääräisen elektronin, jonka annetaan siirtyä piikiteiden läpi suhteellisen mukavasti.

Yllä olevasta selityksestä ymmärrämme, että n-tyyppinen pii helpottaa elektronien kulkua aiheuttamalla elektronien hyppäämisen yhdestä atomista toiseen.

Toisaalta p-tyyppinen pii mahdollistaa myös elektronien kulkemisen, mutta vastakkaiseen suuntaan. Koska p-tyypissä reiät tai tyhjät elektronikuoret aiheuttavat elektronien siirtymisen.

Se on kuin verrata maalla juoksevaa henkilöä ja a juoksumatto . Kun henkilö juoksee maassa, maa pysyy paperitavarana ja henkilö liikkuu eteenpäin, kun taas juoksumatolla henkilö pysyy paperitavarana, maa liikkuu taaksepäin. Molemmissa tilanteissa henkilö käy suhteellisen eteenpäin.

Diodien ymmärtäminen

Diodeja voidaan verrata venttiileihin, ja niillä on siten ratkaiseva rooli sähköisissä projekteissa sähkön virtaussuunnan ohjaamiseksi piirikokoonpanossa.

Tiedämme, että sekä n- että p-tyyppisellä piillä on kyky johtaa sähköä. Molempien varianttien vastus riippuu reikien prosenttiosuudesta tai sen omistamista ylimääräisistä elektroneista. Tämän seurauksena nämä kaksi tyyppiä voivat myös pystyä käyttäytymään vastusten tavoin, rajoittamalla virtaa ja antamalla sen virrata vain tiettyyn suuntaan.

Luomalla monia p-tyyppistä piitä n-tyyppisen piikannan sisälle, elektronit voidaan rajoittaa liikkumaan piin läpi vain yhteen suuntaan. Tämä on tarkka toimintatila, joka voidaan todeta diodeilla, jotka on luotu p-n-liitospiididopingilla.

Kuinka diodi toimii

Seuraava kuva auttaa meitä saamaan helpon selvityksen siitä, kuinka diodi reagoi sähköön yhdessä suunnassa (eteenpäin) ja varmistaa sähkön estämisen vastakkaiseen suuntaan (päinvastainen).

Ensimmäisessä kuvassa akun potentiaaliero saa reiät ja elektronit työntymään kohti p-n-liitosta. Jos jännitetaso ylittää 0,6 V (piidiodille), elektroneja stimuloidaan hyppäämään risteyksen yli ja sulautumaan reikien kanssa, mikä mahdollistaa nykyisen varauksen siirtymisen.

Toisessa kuvassa akun potentiaaliero aiheuttaa reikien ja elektronien vetämisen pois risteyksestä. Tämä tilanne estää latausvirran tai virran estävän sen polun. Diodit on yleensä kapseloitu pieneen sylinterimäiseen lasikuoreen.

Diodirungon toisen pään ympärille merkitty tumma tai valkeahko pyöreä kaista tunnistaa sen katodipään. Toisesta päätteestä tulee luonnollisesti anodipääte. Yllä oleva kuva osoittaa sekä diodin fyysisen koteloinnin että sen kaavamaisen symbolin.

Olemme nyt ymmärtäneet, että diodia voidaan verrata elektroniseen yksisuuntaiseen kytkimeen. Sinun on silti ymmärrettävä vielä muutama diodin toiminnan tekijä.

Seuraavassa on muutamia tärkeitä seikkoja:

1. Diodi ei saa johtaa sähköä, ennen kuin käytetty lähtöjännite saavuttaa tietyn kynnysarvon.

Piidiodien osalta se on noin 0,7 volttia.

2. Kun myötävirta nousee liian korkeaksi tai ylittää määritetyn arvon, puolijohdediodi saattaa romahtaa tai palaa! Ja sisäiset pääteliittimet voivat hajota.

Jos yksikkö palaa, diodi voi yhtäkkiä osoittaa johtavuutta molempien päätesuuntien yli. Tämän toimintahäiriön seurauksena syntyvä lämpö voi lopulta höyrystää yksikön!

3. Liiallinen vastakkainen jännite voi johtaa diodin johtamiseen vastakkaiseen suuntaan. Koska tämä jännite on melko suuri, odottamaton virtapiiri voi murtaa diodin.

Diodityypit ja käyttötavat

Diodeja on saatavana monissa eri muodoissa ja tiedoissa. Alla on joitain tärkeitä muotoja, joita käytetään yleisesti sähköpiireissä:

Pieni signaalidiodi: Tämän tyyppisiä diodeja voidaan käyttää matalan virran AC-DC-muuntamiseen havaita tai demoduloida radiosignaaleja , jännitteessä kerroinsovellus , logiikkaoperaatiot, korkeajännitepiikkien jne. neutraloimiseksi tehonsuuntaajien tekemiseksi.

Tasasuuntaajat Diodit : on samanlaisia ​​ominaisuuksia ja ominaisuuksia kuin pieni signaalidiodi, mutta nämä on luokiteltu käsitellä merkittäviä suuruuksia virtaa . Ne on asennettu isojen metallikoteloiden päälle, jotka auttavat imemään ja johtamaan ei-toivottua lämpöä ja jakamaan sen kiinnitetyn jäähdytyslevyn yli.

Tasasuuntaajat voidaan nähdä enimmäkseen virtalähteissä. Yleisiä varantoja ovat 1N4007, 1N5402 / 5408, 6A4 jne

Zener-diodi : Tämä on erityinen diodityyppi, jolle on tunnusomaista erityinen käänteinen rikkoutumisjännite. Merkitys, zener-diodit voivat toimia kuin jännitteen rajoittava kytkin. Zener-diodit on mitoitettu absoluuttisilla rikkoutumisjännitteillä (Vz), jotka voivat vaihdella 2-200 volttiin.

Valoa lähettävä diodi tai LEDit : Kaikilla diodien muodoilla on ominaisuus lähettää vähän sähkömagneettista säteilyä, kun niitä käytetään eteenpäin suuntautuvaan jännitteeseen.

Diodit, jotka on luotu käyttämällä puolijohdemateriaaleja, kuten galliumarsenidifosfidi, kykenevät lähettämään huomattavasti enemmän säteilyä kuin tavalliset piidiodit. Näitä kutsutaan valodiodeiksi tai LEDeiksi.

Valodiodi : Aivan kuten diodit lähettävät jonkin verran säteilyä, niillä on myös jonkinlainen johtavuus, kun ne valaistaan ​​ulkoisella valonlähteellä.
Diodeja, jotka on erityisesti suunniteltu havaitsemaan ja reagoimaan valoon tai valaistukseen, kutsutaan fotodiodeiksi.

Niissä on lasi- tai muovi-ikkuna, jonka avulla valo pääsee diodin valoherkälle alueelle.

Näillä on yleensä suuri liitosalue vaaditulle valolle altistumiselle.

Pii helpottaa tehokkaiden valodiodien valmistamista.

Erilaisia ​​diodityyppejä käytetään laajalti monissa sovelluksissa. Keskustellaan toistaiseksi parista tärkeästä toiminnasta pienelle signaalille diodit ja tasasuuntaajat :

Ensimmäinen on yksiaaltoinen tasasuuntaajapiiri, jonka kautta vaihtovirta, jossa on vaihteleva kaksoispolarinen syöttö, tasaantuu yhdeksi napaisuuden (DC) signaaliksi tai jännitteeksi.

Toinen kokoonpano on täysiaaltotasasuuntaajapiiri, joka käsittää nelidiodikonfiguraation ja jota kutsutaan myös nimellä sillan tasasuuntaaja . Tällä verkolla on kyky korjata AC-tulosignaalin molemmat puoliskot.

Huomioi kahden piirin lopputuloksen ero. Puoliaaltopiirissä vain yksi tulo AC: n sykli tuottaa lähdön, kun taas täydellä sillalla molemmat puolisyklit muunnetaan yhdeksi napaisuudeksi DC.

Transistori

Sähköinen projekti voi olla käytännössä mahdotonta suorittaa ilman transistoria, joka itse asiassa muodostaa elektroniikan perusrakenteen.

Transistorit ovat puolijohdelaitteita, joissa on kolme liitintä tai johtoa. Poikkeuksellisen pieni määrä virtaa tai jännitettä yhdessä johtimista mahdollistaa huomattavasti suuremman virran määrän ohjaamisen kahden muun johtimen yli.

Tämä tarkoittaa, että transistorit soveltuvat parhaiten toimimaan vahvistimina ja kytkinsäätiminä. Löydät kaksi ensisijaista transistoriryhmää: bipolaariset (BJT) ja kenttävaikutteiset (FET).

Tässä keskustelussa keskitymme vain bipolaarisiin transistoreihin BJT. Yksinkertaisesti sanottuna lisäämällä täydentävä liitos p-n-liitosdiodiin, on mahdollista luoda 3-lokeroinen pii-voileipä. Tämä voileipämainen muodostuminen voi olla joko n-p-n tai p-n-p.

Kummassakin tapauksessa keskiosa-alue toimii kuin hana tai ohjausjärjestelmä, joka säätelee elektronien määrää tai varauksen siirtymistä 3 kerroksen poikki. Bipolaarisen transistorin 3 osaa ovat emitteri, pohja ja kollektori. Perusalue voi olla melko ohut ja siinä on paljon vähemmän dopingiatomeja verrattuna emitteriin ja kerääjään.

Tämän seurauksena paljon pienentynyt emitteripohjavirta johtaa huomattavasti suurempaan liikkuvaan emitterikeräinvirtaan. Diodit ja transistorit ovat samanlaisia ​​monilla tärkeillä ominaisuuksilla:

Diodiristeyttä muistuttava emäs-emitteriliitäntä ei salli elektroninsiirtoa, ellei lähtöjännite ylitä 0,7 volttia. Liiallinen virran määrä aiheuttaa transistorin lämpenemisen ja toimii tehokkaasti.

Jos transistorin lämpötila nousee merkittävästi, piiri voidaan joutua sammuttamaan! Loppujen lopuksi liiallinen virran tai jännitteen määrä voi aiheuttaa pysyvän vaurion puolijohdemateriaalille, joka muodostaa transistorin.

Erilaisia ​​transistoreita löytyy tänään. Yleisiä esimerkkejä ovat:

Pieni signaali ja kytkentä : Näitä transistoreita käytetään matalan tason tulosignaalien vahvistamiseen suhteellisen suurille tasoille. Kytkentätransistorit luodaan joko kytkeytymään kokonaan päälle tai kokonaan pois päältä. Useita transistoreita voidaan käyttää yhtä hyvin vahvistamiseen ja kytkemiseen yhtä hienosti.

Tehotransistori : Näitä transistoreita käytetään suuritehoisissa vahvistimissa ja virtalähteissä. Nämä transistorit ovat tyypillisesti suurikokoisia ja pidennetyllä metallikotelolla helpottamaan suurempaa lämmöntuottoa ja jäähdytystä sekä myös jäähdytyselementtien helpon asennuksen.

Korkeataajuus : Nämä transistorit ovat enimmäkseen käytettyjä RF-pohjaisia ​​laitteita, kuten radiot, televisiot ja mikroaallot. Nämä transistorit on rakennettu ohuemmalla pohjaalueella ja niillä on pienemmät rungon mitat. Npn- ja pnp-transistoreiden kaaviomaiset symbolit voidaan nähdä alla:

Muista, että nuolen merkki, joka osoittaa päästötapin, osoittaa aina reikien virtaussuuntaan. Kun nuolimerkki osoittaa suunnan, joka on vastakkainen alustasta, BJT: llä on emitteri, joka koostuu n-tyyppisestä materiaalista.

Tämä merkki tunnistaa transistorin nimenomaisesti n-p-n-laitteeksi, jonka kannalla on p-tyyppinen materiaali. Toisaalta, kun nuolimerkki osoittaa kohti alustaa, se osoittaa, että pohja koostuu n-tyyppisestä materiaalista, ja yksityiskohdista, että emitteri ja kerääjä koostuvat molemmat p-tyyppisestä materiaalista ja sen seurauksena laite on a PNP BJT.

Miten Käytä kaksisuuntaisia ​​transistoreita

Kun maadoituspotentiaali tai 0 V kohdistetaan npn-transistorin pohjaan, se estää virran virtauksen emitteri-kollektoriliittimien yli ja transistori käännetään pois päältä.

Siinä tapauksessa, että kanta on esijännitetty soveltamalla vähintään 0,6 voltin potentiaalieroa BJT: n kantalähde-nastojen yli, se käynnistää välittömästi virran virtauksen emitteristä kollektoriliittimiin ja transistorin sanotaan olevan kytketty '' päällä.'

Vaikka BJT: t saavat virtaa vain näistä kahdesta menetelmästä, transistori toimii kuten ON / OFF-kytkin. Siinä tapauksessa, että tukiasema on esijännitetty, emitteri-kollektorivirran suuruus riippuu kantavirran suhteellisen pienemmistä vaihteluista.

transistori toimii tällaisissa tapauksissa kuin vahvistin . Tämä erityinen aihe liittyy transistoriin, jossa emitterin oletetaan olevan sekä tulo- että lähtösignaalin yhteinen maadoitusliitin, ja siihen viitataan nimellä yhteinen emitteripiiri . Muutama yhteisen emitterin peruspiiri voidaan visualisoida seuraavien kaavioiden avulla.

Transistori kytkimenä

Tämä piirikokoonpano hyväksyy vain kahden tyyppisen tulosignaalin, joko 0 V tai maasignaalin, tai positiivisen jännitteen + V yli 0,7 V. Siksi tässä tilassa transistori voidaan joko kytkeä päälle tai pois päältä. Pohjassa oleva vastus voi olla mikä tahansa välillä 1K - 10K ohmia.

Transistorin DC-vahvistin

Tässä piirissä muuttuva vastus luo eteenpäin esijännityksen transistorille ja säätelee emäksisen / emitterivirran suuruutta. Mittari näyttää virran määrän toimitetaan keräilijän läpi.

Mittarisarjan vastus varmistaa mittarin turvallisuuden liiallista virtaa vastaan ​​ja estää mittarikäämin vaurioitumisen.

Todellisessa sovelluspiirissä potentiometri voidaan lisätä resistiivisellä anturilla, jonka vastus vaihtelee vastauksena ulkoisiin tekijöihin, kuten valoon, lämpötilaan, kosteuteen jne.

Kuitenkin tilanteissa, joissa tulosignaalit vaihtelevat nopeasti, vaihtovirtavahvistinpiiri tulee sovellettavaksi alla kuvatulla tavalla:

Transistorin vaihtovahvistin

Kytkentäkaavio esittää hyvin yksinkertaisen transistorisoidun vaihtovahvistinpiirin. Tuloon sijoitettu kondensaattori estää minkä tahansa DC-muodon pääsyn tukiasemaan. Perusjännitteelle käytetty vastus lasketaan jännitteen muodostamiseksi, joka on puolet syöttötasosta.

Vahvistettu signaali 'liukuu' pitkin tätä vakiojännitettä ja muuttaa amplitudiaan tämän refrenssijännitetason yli ja alle.

Jos esijännitysvastusta ei käytetä, vain puolet 0,7 V: n tason ylittävästä virtalähteestä vahvistuu aiheuttaen suuria määriä epämiellyttäviä vääristymiä.

Virran suunnasta

Tiedämme, että kun elektronit kulkevat johtimen läpi, se tuottaa virran virtauksen johtimen läpi.

Koska elektronien liike on teknisesti negatiivisesti varautuneelta alueelta positiivisesti varautuneelle alueelle, miksi diodisymbolin nuolimerkki näyttää osoittavan elektronien vastakkaisen virtauksen.

Tämä voidaan selittää muutamalla pisteellä.

1) Benjamin Franklinin alkuperäisen teorian mukaisesti oletettiin, että sähkön virtaus on positiivisesta negatiiviseen varattuun alueeseen. Kuitenkin, kun elektronit löydettiin, se paljasti todellisen totuuden.

Silti käsitys pysyi edelleen samana, ja kaaviot jatkoivat tavanomaisen mielikuvituksen seuraamista, jossa nykyinen virtaus näytetään positiivisesta negatiiviseksi, koska jotenkin päinvastaisen ajattelun vuoksi on vaikea simuloida tuloksia.

2) Puolijohteiden tapauksessa reiät kulkevat itse asiassa elektroneja vastapäätä. Tämä tekee elektronista näyttävän siirtyvän positiivisesta negatiiviseksi.

Tarkemmin sanottuna on huomattava, että virran virtaus on itse asiassa elektronin läsnäolon tai puuttumisen aiheuttama varauksen virta, mutta elektronisen symbolin osalta perinteisen lähestymistavan yksinkertaisesti on helppo seurata,

Tyristori

Aivan kuten transistorit, tyristorit ovat myös puolijohdelaitteita, joissa on kolme päätelaitetta ja joilla on tärkeä rooli monissa elektronisissa projekteissa.

Aivan kuten transistori kytkeytyy PÄÄLLE pienellä virralla yhdessä johtimessa, myös tiristorit toimivat samalla tavalla ja mahdollistavat paljon suuremman virran johtamisen kahden muun täydentävän johdon kautta.

Ainoa ero on, että tyristorilla ei ole kykyä vahvistaa oskilloivia vaihtosignaaleja. Ne reagoivat ohjauksen tulosignaaliin joko kytkemällä kokonaan päälle tai pois päältä. Tästä syystä tyristorit tunnetaan myös nimellä 'puolijohdekytkimet'.

Piin ohjatut tasasuuntaajat (SCR)

SCR: t ovat laitteita, jotka edustavat tyristorien kahta perusmuotoa. Niiden rakenne muistuttaa bipolaaristen transistoreiden rakennetta, mutta SCR: llä on neljäs kerros, joten kolme liitosta, kuten seuraava kuva havainnollistaa.

SCR: n sisäinen asettelu ja kaaviollinen symboli voidaan visualisoida seuraavassa kuvassa.

Normaalisti SCR-pinoutit näytetään yksittäisillä kirjaimilla: A anodille, K (tai C) katodille ja G portille.

Kun SCR: n anoditappia A käytetään positiivisella potentiaalilla, joka on korkeampi kuin katoditappi (K), molemmat uloimmat liitokset tulevat esijännitetyiksi, vaikka keskimmäinen p-n-liitos pysyy päinvastaisena esijännitettynä estäen minkä tahansa virran niiden läpi.

Heti kun porttitappi G kohdistetaan minimaaliseen positiiviseen jännitteeseen, se antaa paljon suuremman tehon johtaa anodi- / katoditappien läpi.

Tässä vaiheessa SCR lukittuu ja pysyy päällä, vaikka portin esijännitys on poistettu. Tämä voi jatkua loputtomasti, kunnes anodi tai katodi irrotetaan hetkellisesti syöttöjohdosta.

Seuraava projekti osoittaa SCR: n, joka on konfiguroitu kytkimeksi hehkulampun ohjaamiseksi.

Vasemmanpuoleinen kytkin on push-to-OFF-kytkin, mikä tarkoittaa, että se avautuu työnnettäessä, kun taas oikeanpuoleinen kytkin on push-to-ON-kytkin, joka johtaa painettaessa. Kun tätä kytkintä painetaan hetkellisesti tai vain tai sekunnin ajan, se kytkee lampun päälle.

SCR lukittuu ja lamppu kytkeytyy päälle jatkuvasti. Kun haluat sammuttaa lampun alkuperäiseen tilaansa, vasenta sivukytkintä painetaan hetkellisesti.

SCR: itä valmistetaan erilaisilla teholuokilla ja käsittelykapasiteetilla, heti 1 ampeerista, 100 voltista 10 ampeeriin tai enemmän ja useasta sadasta voltista.

Triacs

Triakkeja käytetään erityisesti elektronisissa piireissä, jotka edellyttävät suurjännitteisen vaihtovirtakuorman vaihtamista.

Triacin sisäinen rakenne näyttää oikeastaan ​​kuin kaksi SCR: ää, jotka on liitetty vastakkaiseen suuntaan. Tämä tarkoittaa, että triac kykenee johtamaan sähköä sekä DC- että AC-syöttöjen suuntiin.

Tämän ominaisuuden toteuttamiseksi triac rakennetaan käyttämällä viittä puolijohdekerrosta, joissa on ylimääräinen n-tyypin alue. Triac-pinoutit on kytketty siten, että kukin tappi tulee kosketuksiin näiden puolijohdealueiden parien kanssa.

Vaikka triac-portin päätelaitteen toimintatila on samanlainen kuin SCR, porttia ei viitata erikseen anodi- tai katodiliittimiin, koska triac voi johtaa molempia tapoja, joten portti voidaan aktivoida millä tahansa päätelaitteella riippuen käytetäänkö positiivista signaalia vai negatiivista signaalia portin liipaisimelle.

Tästä syystä triacin kaksi pääkuormitusliitintä on merkitty MT1: ksi ja MT2: ksi A: n tai K.: n sijaan. Kirjaimet MT tarkoittavat 'pääterminaalia'. kuten seuraavassa piirikaaviossa on esitetty.

Kun triacia käytetään vaihtovirran vaihtamiseen, traika johtaa vain niin kauan kuin portti pysyy kytkettynä pieneen syöttötuloon. Kun porttisignaali on poistettu, triac pysyy edelleen kytkettynä päälle, mutta vain kunnes AC-aaltomuodon sykli saavuttaa nollan ylityslinjan.

Kun vaihtovirtalähde saavuttaa nollalinjan, triac kytkeytyy pois päältä itsestään ja liitetystä kuormasta pysyvästi, kunnes porttisignaali toistetaan uudelleen.

Triacsia voidaan käyttää useimpien kodinkoneiden ohjaamiseen yhdessä moottoreiden ja pumppujen kanssa.

Vaikka triakit luokitellaan myös niiden nykyisen käsittelykapasiteetin tai luokituksen mukaan, kuten SCR: t, SCR: itä on yleensä saatavana paljon korkeammilla nykyisillä luokituksilla kuin triac.

Puolijohde Valoa lähettävät laitteet

Kun valot, lämpö, ​​elektronit ja vastaavat energiat altistuvat korkeille tasoille, useimmat puolijohteet osoittavat taipumusta lähettää valoa ihmisen näkyvällä aallonpituudella tai IR-aallonpituudella.

Tähän ihanteellisesti sopivat puolijohteet kuuluvat p-n-liitosdiodien perheeseen.

Valodiodit (LED) tekevät tämän muuttamalla sähkövirran suoraan näkyväksi valoksi. LED-valot ovat erittäin tehokkaita nykyisen valon muodostumisen suhteen kuin mikään muu valonlähde.

Valkoisia kirkkaita LED-valoja käytetään kodin valaistus värikkäitä LEDejä käytetään koristeellisissa sovelluksissa.

LED-valon voimakkuutta voidaan säätää joko pienentämällä lineaarisesti tuloa DC tai läpi pulssinleveysmodulaatio tulo, jota kutsutaan myös PWM: ksi.

Puolijohde-valonilmaisimet

Kun mikä tahansa energiamuoto joutuu kosketukseen puolijohdekiteen kanssa, se johtaa virran muodostumiseen kiteessä. Tämä on kaikkien puolijohdevalosensorilaitteiden toiminnan perusperiaate.

Puolijohde-valonilmaisimet voidaan luokitella päätyyppeihin:

Ne, jotka on rakennettu käyttämällä pn-liitospuolijohteita, ja muut, jotka eivät ole.

Tässä selityksessä käsittelemme vain p-n-variantteja. P-n-liitospohjaiset valonilmaisimet ovat yleisimmin käytetty fotonisten puolijohdeperheiden jäsen.

Suurin osa on valmistettu piistä ja voi havaita sekä näkyvän valon että melkein infrapunan.

Valodiodit:

Valodiodit on suunniteltu erityisesti elektronisia projekteja varten, jotka on suunniteltu valon tunnistamiseen. Löydät ne kaikenlaisista laitteista, kuten kameroista, murtohälytykset , Elää viestintä jne.

Valodetektoritilassa valodiodi toimii muodostamalla reikä tai elektronin jakaminen pn-risteyksessä. Tämä saa virran liikkumaan heti, kun p- ja n-liitäntäpuolen liittimet on kytketty ulkoiseen syöttöön.

Kun sitä käytetään aurinkosähkömuodossa, fotodiodi toimii kuin virtalähde tulevan valon läsnäollessa. Tässä sovelluksessa laite alkaa toimia päinvastaisessa esijännitetilassa vastauksena valaistukseen.

Valon puuttuessa virtaa vielä minuuttimäärä virtaa, joka tunnetaan nimellä 'pimeä virta'.

Valodiodia valmistetaan yleensä monilla erilaisilla pakkausmalleilla. Ne ovat enimmäkseen saatavana muovirungossa, esiasennetussa linssissä ja suodatuksessa jne.

Tärkein erottelu on laitteessa käytettävän puolijohteen ulottuvuus. Valodiodit, jotka on tarkoitettu suurille nopeuksille vasteaikoihin päinvastaisessa esijännitetyssä valojohtavassa toiminnassa, rakennetaan käyttämällä pienikokoisia puolijohteita.

Suuremmalla alueella olevilla fotodiodeilla on taipumus reagoida hieman hitaasti, mutta niillä voi olla kyky tuottaa suurempi herkkyys valovalaistukselle.

Valodiodilla ja LEDillä on sama kaavamainen symboli, paitsi että valodiodin sisäänpäin olevien nuolien suunta. Valodiodit ovat yleensä tottuneet tunnistamaan nopeasti vaihtelevat pulssit jopa lähellä infrapuna-aallonpituutta, kuten valoaaltoviestinnässä.

Alla oleva piiri havainnollistaa tapaa, jolla fotodiodia voitaisiin mahdollisesti käyttää valomittarissa. Tämän piirin ulostulot ovat melko lineaarisia.

Valotransistorit

Valotransistoreita käytetään elektronisissa projekteissa, jotka vaativat suurempaa herkkyyttä. Nämä laitteet on luotu yksinomaan hyödyntämään sen valoherkkyyttä kaikissa transistoreissa. Yleensä fototransistori löytyy NPN-laitteesta, jolla on leveä pohjaosa, joka voidaan altistaa valolle.

Pohjaan pääsevä valo korvaa normaalin NPN-transistoreissa esiintyvän luonnollisen emäs-emitterivirran.

Tämän ominaisuuden ansiosta fototransistori pystyy vahvistamaan valon vaihtelut välittömästi. Npn-valotransistoreita on tyypillisesti kahta tyyppiä. Yksi on tavallisella npn-rakenteella, vaihtoehtoisessa variantissa on ylimääräinen npn-transistori, joka tarjoaa lisätyn vahvistuksen, ja se tunnetaan nimellä 'photodarlington' -transistori.

Nämä ovat erittäin herkkiä, vaikkakin hieman hitaita verrattuna tavalliseen NPN-fototransistoriin. Valotransistoreissa yleensä käytetyt kaavamaiset symbolit ovat seuraavat:

Valotransistoreita käytetään melko usein vaihtuvien (ac) valoimpulssien havaitsemiseksi. Niitä käytetään lisäksi jatkuvan (dc) valon tunnistamiseen, kuten seuraava piiri, jossa valodarlingtonia käytetään releen aktivointiin.

Tämä opetusohjelma päivitetään säännöllisesti uusilla komponenttimäärityksillä, joten pysy kuulolla.