Объяснение элементарной электроники

Для новичка в электронике, конструировании базовые электронные проекты от принципиальной схемы может быть подавляющим. Это краткое руководство предназначено для помощи новичкам, предоставляя им полезные сведения об электронных компонентах, а также о методах построения схем. Мы исследуем элементарные части, такие как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы и потенциометры.

РЕЗИСТОРЫ

Резистор - это часть, которая рассеивает мощность, обычно за счет тепла. Реализация определяется соотношением, известным как закон Ома: V = I X R, где V - напряжение на резисторе в вольтах, I - это ток через резистор в амперах, а R - значение резистора в омах. Изображение резистора показано на рис. 1.1.

Либо мы можем использовать резистор чтобы изменить напряжение в определенном месте в цепи, или мы могли бы применить его для изменения тока в желаемом месте цепи.

Номинал резистора можно определить по цветным кольцам вокруг него. Вы найдете 3 основных кольца или полосы, которые сообщают нам эти детали (рис. 1.2).

Полосы окрашены в определенные цвета, и каждая цветная полоса представляет собой номер, как показано в Таблице 1.1. Например, когда полосы коричневые, красные и оранжевые, тогда номинал резистора будет 12 X 1,00,0 или 12 000 Ом. 1 000 Ом обычно обозначается как килом или к, а 1 000 000 обозначается как мегом или МОм.

Последнее цветное кольцо или полоса обозначает величину допуска резистора для конкретного номинала резистора. Золото показывает отклонение + или - 5% (± 5%), серебро означает, что оно составляет + или - 10% (± 10%). Если вы обнаружите, что диапазон допуска отсутствует, это обычно означает, что допуск составляет ± 20%.

Вообще говоря, чем больше резистор, тем большую мощность он может выдерживать. Номинальная мощность в ваттах может варьироваться от 1/8 Вт до многих ватт. Эта мощность в основном является произведением напряжения (V) и тока (I), проходящих через резистор.

Применяя закон Ома, мы можем определить мощность (P), рассеиваемую резистором, как P = V X I = I ^ 2R = V ^ 2 / R, где R - номинал резистора. Вы не обнаружите никаких электрических отрицательных аспектов при работе с резистором, который может быть практически больше, чем требуемые характеристики.

Единственный небольшой недостаток может заключаться в увеличении механических размеров и, возможно, более высокой стоимости.

КОНДЕНСАТОРЫ

Раньше любое название конденсатора использовалось как конденсаторный, хотя нынешнее название больше связано с его реальной функцией. Конденсатор разработан с «емкостью» для хранения электрической энергии.

Основная функция конденсатора - пропускать через него переменный ток (a.c.), но блокировать постоянный ток (d.c.).

Еще одно важное соображение заключается в том, что в случае постоянного тока напряжение, например, через батарею, на мгновение подключается к конденсатору, по существу, этот постоянный ток будет оставаться на выводах конденсатора до тех пор, пока к нему не будет присоединен элемент, такой как резистор, или, возможно, вы в конечном итоге закоротите выводы конденсатора друг с другом, вызывая разрядку накопленной энергии.

СТРОИТЕЛЬСТВО

Как правило, конденсатор состоит из пары пластин, разделенных изоляционным материалом, известным как диэлектрик.

Диэлектрик может быть образован воздухом, бумагой, керамикой, полистиролом или любым другим подходящим материалом. При больших значениях емкости используется электролит для разделения диэлектриков. Это электролитическое вещество обладает способностью с большой эффективностью накапливать электрическую энергию.

Постоянный постоянный ток обычно требуется для емкостного функционирования. Вот почему на принципиальных схемах мы находим положительный вывод конденсатора, обозначенный как белый блок, а отрицательный вывод как черный блок.

Переменные или регулируемые конденсаторы включают поворотные лопатки, разделенные воздушным зазором, или изолятором, например слюдой. Насколько эти лопатки перекрывают друг друга, определяет величина емкости , и это можно изменить или отрегулировать, перемещая шпиндель переменного конденсатора.

Емкость измеряется в фарадах. Однако конденсатор емкостью 1 Фарад может быть достаточно большим для любого практического использования. Поэтому конденсаторы обозначаются либо в микрофарадах (мкФ), либо в нанофарадах (нФ), либо в пикофарадах (пФ).

Миллион пикофарад соответствует одному микрофараду, а миллион микрофарад равен одному фараду по величине. Хотя нанофарады (нФ) используются не очень часто, одна нанофарада представляет тысячу пикофарад.

Иногда вы можете найти конденсаторы меньшего размера с маркировкой цвета на них, как и резисторы.

Для них значения могут быть определены в пФ, как показано в прилагаемой цветовой таблице. Пара полос внизу обеспечивает допуск и максимальное рабочее напряжение конденсатора.

Следует строго отметить, что номинальное напряжение, указанное на корпусе конденсатора, представляет собой абсолютный максимально допустимый предел напряжения конденсатора, который никогда не должен превышаться. Кроме того, когда речь идет о электролитических конденсаторах, необходимо тщательно проверить полярность и соответственно припаять.

ИНДУКТОРЫ

В электронных схемах Индуктор рабочие характеристики прямо противоположны конденсаторам. Индукторы демонстрируют тенденцию пропускать через них постоянный ток, но пытаются противодействовать переменному току или сопротивляться ему. Обычно они представляют собой катушки из суперэмалированной медной проволоки, обычно намотанные вокруг каркаса.

Для создания высокой стоимости индукторы , в качестве сердечника обычно используется железистый материал, или он может быть установлен как крышка, окружающая катушку снаружи.

Важной характеристикой индуктора является его способность генерировать «обратную ЭДС». как только на катушке индуктивности снимается приложенное напряжение. Обычно это происходит из-за присущей индуктору функции компенсации потерь исходного тока через ток.

Схематическое обозначение индуктора можно увидеть на рис. 1.5. Единицей измерения индуктивности является Генри, хотя для измерения обычно используются миллигенри или микрогенри (мГн и соответственно). измерительные индукторы в практических приложениях.

Один миллигенри равен 1000 микрогенри, а тысяча миллигенри равняется одному Генри. Индукторы являются одним из тех компонентов, которые нелегко измерить, особенно если фактическое значение не напечатано. Кроме того, их становится еще сложнее измерить, если они построены дома с использованием нестандартных параметров.

Когда индукторы используются для блокировки сигналов переменного тока, они называются радиочастотными дросселями или RF-дросселями (RFC). Катушки индуктивности используются с конденсаторами для формирования настроенных цепей, которые допускают только расчетную полосу частот и блокируют остальные.

НАСТРОЕННЫЕ ЦЕПИ

Настроенная схема (рис. 1.6), которая включает в себя катушку индуктивности L и конденсатор C, по существу, либо позволяет определенной частоте перемещаться и блокировать все другие частоты, либо блокирует определенное значение частоты и пропускает все остальные. через.

Показателем селективности настроенной схемы, который определяет значение частоты, становится ее коэффициент Q (для качества).

Это настроенное значение частоты также называется резонансной частотой (f0) и измеряется в герцах или циклах в секунду.

Конденсатор и катушка индуктивности могут использоваться последовательно или параллельно для образования резонансный настроенный контур (Рис. 1.6.a). Последовательно настроенная схема может иметь низкие потери по сравнению с параллельно настроенной схемой (рис. 1.6.b), которая имеет высокие потери.

Когда мы упоминаем здесь потери, это обычно относится к соотношению напряжения в сети к току, протекающему по сети. Это также известно как его импеданс (Z).

Альтернативные названия этого импеданса для конкретных компонентов могут иметь форму, например, сопротивление (R) для резисторов и реактивное сопротивление (X) для катушек индуктивности и конденсаторов.

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформаторы используются для повышения входного переменного напряжения / тока до более высоких выходных уровней или для их понижения до более низких выходных уровней. Такая работа также одновременно обеспечивает полную гальваническую развязку входного переменного тока и выходного переменного тока. Пару трансформаторов можно увидеть на рис. 1.7.

Изготовители обозначают все детали на первичной или входной стороне через суффикс «1». Вторичная или выходная сторона обозначена суффиксом «2». T1 и T2 указывают количество витков на первичной и вторичной обмотках соответственно. Потом:

Когда трансформатор разработан для понижения напряжения сети 240 В до более низкого напряжения, скажем 6 В, первичная сторона включает относительно большее количество витков с использованием более тонкого провода, в то время как вторичная сторона построена с использованием относительно меньшего количества витков, но с использованием провода гораздо более толстого сечения.

Это связано с тем, что более высокое напряжение включает пропорционально меньший ток и, следовательно, более тонкий провод, тогда как более низкое напряжение включает пропорционально более высокий ток и, следовательно, более толстый провод. В идеальном трансформаторе значения чистой первичной и вторичной мощности (В x I) почти равны.

Когда в обмотке трансформатора имеется ответвитель, извлеченный из одного из витков (рис. 1.7.b), происходит разделение напряжения обмотки на ответвление, которое пропорционально количеству витков на обмотке, разделенных средним ответвленным проводом.

Амплитуда чистого напряжения на всем протяжении вторичной обмотки будет по-прежнему соответствовать формуле, показанной выше.

Насколько большим может быть трансформатор, зависит от величины его вторичного тока. Если текущая спецификация больше, размеры трансформатора также пропорционально увеличиваются.

Также существуют миниатюрные трансформаторы, предназначенные для высокочастотные цепи , как радио, передатчики и т.д., и они имеют встроенный конденсатор, прикрепленный к обмотке.

Как использовать полупроводники в электронных проектах

К: Форест М. Мимс

Создание электронных проектов и экспериментирование с ними может быть полезным, но очень сложным. Это становится еще более приятным, когда вы как любитель завершите построение проекта схемы, включите его и найдите полезную рабочую модель, разработанную из нескольких ненужных компонентов. Это заставляет вас чувствовать себя творцом, а успешный проект демонстрирует ваши огромные усилия и знания в соответствующей области.

Это может быть просто для развлечения в свободное время. Некоторые другие люди могут захотеть выполнить проект, который еще не создан, или могут настроить рыночный электронный продукт в более инновационную версию.

Для достижения успеха или устранения неисправности в цепи вам необходимо хорошо разбираться в работе различных компонентов и в том, как правильно реализовать их в практических схемах. Хорошо, давайте перейдем к делу.

В этом уроке мы начнем с полупроводников.

Как Полупроводник Создан с использованием кремния

Вы найдете множество полупроводниковых компонентов, но кремний, который является основным элементом песка, является одним из самых известных элементов. Атом кремния состоит всего из 4 электронов внутри своей внешней оболочки.

Однако ему может понравиться получить 8 из них. В результате атом кремния взаимодействует со своими соседними атомами, чтобы делить электроны следующим образом:

Когда группа атомов кремния делится своими внешними электронами, это приводит к образованию структуры, известной как кристалл.

На рисунке ниже показан кристалл кремния, имеющий только внешние электроны. В чистом виде кремний не может быть полезен.

Из-за этого производители улучшают эти изделия на основе кремния фосфором, бором и дополнительными ингредиентами. Этот процесс называется «легированием» кремния. После легирования кремний приобретает полезные электрические свойства.

Кремний, легированный P и N : Такие элементы, как бор, фосфор, могут быть эффективно использованы для соединения с атомами кремния при производстве кристаллов. Вот в чем фокус: атом бора включает в себя всего 3 электрона в своей внешней оболочке, а атом фосфора включает 5 электронов.

Когда кремний объединяется или легируется некоторыми электронами фосфора, он превращается в кремний n-типа (n = отрицательный). Когда кремний сплавлен с атомами бора, у которых отсутствует электрон, кремний превращается в кремний p-типа (p = положительный).

Кремний P-типа. Когда атом бора легируется кластером атомов кремния, образуется пустая электронная полость, называемая «дыркой».

Это отверстие позволяет электрону соседнего атома «упасть» в щель (отверстие). Это означает, что одна «дыра» сменила свое положение на новое. Имейте в виду, что дыры могут легко плавать по кремнию (так же, как пузырьки движутся по воде).

Кремний N-типа. Когда атом фосфора объединяется или легируется кластером атомов кремния, система дает дополнительный электрон, который может перемещаться через кристалл кремния с относительным комфортом.

Из приведенного выше объяснения мы понимаем, что кремний n-типа будет способствовать прохождению электронов, заставляя электроны переходить от одного атома к другому.

С другой стороны, кремний p-типа также позволит электронам проходить, но в противоположном направлении. Потому что в p-типе именно дырки или свободные электронные оболочки вызывают перемещение электронов.

Это все равно что сравнивать человека, бегущего по земле, и человека, бегущего по земле. беговая дорожка . Когда человек бежит по земле, земля остается неподвижной, и человек движется вперед, а на беговой дорожке человек остается неподвижным, земля движется назад. В обеих ситуациях человек совершает относительное движение вперед.

Понимание диодов

Диоды можно сравнить с клапанами, и, таким образом, они играют решающую роль в электронных проектах для управления направлением потока электричества в конфигурации схемы.

Мы знаем, что кремний n- и p-типа обладает способностью проводить электричество. Сопротивление обоих вариантов зависит от процента дырок или дополнительных электронов, которыми он владеет. В результате оба типа могут также вести себя как резисторы, ограничивая ток и позволяя ему течь только в определенном направлении.

Создавая много кремния p-типа внутри кремния n-типа, можно ограничить движение электронов через кремний только в одном направлении. Это точное рабочее состояние, которое можно наблюдать в диодах, созданных с помощью легирования кремния p-n-переходом.

Как работает диод

Следующая иллюстрация помогает нам легко прояснить, как диод реагирует на электричество в одном направлении (вперед) и обеспечивает блокировку электричества в противоположном направлении (назад).

На первом рисунке разность потенциалов батареи заставляет дырки и электроны отталкиваться к p-n-переходу. В случае, если уровень напряжения превышает 0,6 В (для кремниевого диода), электроны вынуждены прыгать через переход и сливаться с отверстиями, что делает возможным перенос электрического заряда.

На втором рисунке разность потенциалов батареи заставляет дырки и электроны отталкиваться от перехода. Эта ситуация не позволяет потоку заряда или тока блокировать его путь. Диоды обычно заключены в крошечный цилиндрический стеклянный корпус.

Круглая полоса темного или беловатого цвета, отмеченная вокруг одного конца корпуса диода, идентифицирует его катодный вывод. Другой вывод естественно становится анодным выводом. На приведенном выше изображении показаны как физический корпус диода, так и его схематический символ.

К настоящему времени мы поняли, что диод можно сравнить с электронным односторонним переключателем. Вам все еще нужно полностью понять еще несколько факторов функционирования диодов.

Ниже приведены несколько важных моментов:

1. Диод может не проводить электричество, пока приложенное прямое напряжение не достигнет определенного порогового уровня.

Для кремниевых диодов оно составляет примерно 0,7 В.

2. Когда прямой ток становится слишком большим или выше указанного значения, полупроводниковый диод может выйти из строя или загореться! И внутренние клеммные контакты могут развалиться.

Если устройство горит, диод может внезапно показать проводимость в обоих направлениях вывода. Тепло, выделяемое из-за этой неисправности, может со временем привести к испарению устройства!

3. Чрезмерное обратное напряжение может привести к тому, что диод будет проводить в противоположном направлении. Поскольку это напряжение довольно велико, неожиданный скачок тока может привести к поломке диода.

Типы диодов и их использование

Диоды доступны во многих различных формах и спецификациях. Ниже приведены некоторые из важных форм, которые обычно используются в электрических цепях:

Малый сигнальный диод: Эти типы диодов могут использоваться для преобразования слаботочного переменного тока в постоянный, для обнаружение или демодуляция радиочастотных сигналов , по напряжению приложение множителя , логические операции, для нейтрализации скачков высокого напряжения и т. д. для изготовления выпрямителей мощности.

Выпрямители мощности Диоды : имеют те же атрибуты и характеристики, что и малосигнальный диод, но рассчитаны на справиться со значительными величинами тока . Они устанавливаются над большими металлическими корпусами, которые помогают поглощать и рассеивать нежелательное тепло и распределять его по прикрепленной пластине радиатора.

Выпрямители мощности чаще всего встречаются в блоках питания. Общие варианты: 1N4007, 1N5402 / 5408, 6A4 и т. Д.

Стабилитрон : Это особый тип диодов, для которых характерно определенное обратное напряжение пробоя. Это означает, что стабилитроны могут работать как переключатель ограничения напряжения. Стабилитроны рассчитаны на абсолютное напряжение пробоя (Vz), которое может находиться в диапазоне от 2 до 200 вольт.

Светоизлучающий диод или светодиоды : Все формы диодов имеют свойство испускать небольшое количество электромагнитного излучения при приложении к прямому напряжению.

Однако диоды, которые созданы с использованием полупроводниковых материалов, таких как фосфид арсенида галлия, обладают способностью испускать значительно большее количество излучения по сравнению с обычными кремниевыми диодами. Их называют светоизлучающими диодами или светодиодами.

Фотодиод : Так же, как диоды излучают некоторое излучение, они также демонстрируют некоторый уровень проводимости при освещении внешним источником света.
Однако диоды, которые специально разработаны для обнаружения и реагирования на свет или освещение, называются фотодиодами.

Они имеют стеклянное или пластиковое окно, через которое свет попадает в светочувствительную область диода.

Обычно они имеют большую площадь перехода для необходимого воздействия света.

Кремний облегчает создание эффективных фотодиодов.

Различные типы диодов широко используются во многих приложениях. А пока давайте обсудим несколько важных функций для слабого сигнала. диоды и выпрямители :

Первый - это схема однолинейного выпрямителя, через которую переменный ток с переменным источником питания двойной полярности выпрямляется в сигнал или напряжение одной полярности (постоянного тока).

Вторая конфигурация - это двухполупериодная схема выпрямителя, которая содержит конфигурацию с четырьмя диодами и также называется мостовой выпрямитель . Эта сеть может выпрямлять обе половины входного сигнала переменного тока.

Обратите внимание на разницу в конечном результате двух схем. В полуволновой схеме только один цикл входного переменного тока дает выходной сигнал, в то время как в полном мосту оба полупериода преобразуются в постоянный ток одной полярности.

Транзистор

Электронный проект может быть практически невозможен без транзистора, который фактически является основным строительным блоком электроники.

Транзисторы - это полупроводниковые устройства с тремя выводами или выводами. Исключительно небольшое количество тока или напряжения на одном из выводов позволяет контролировать значительно большее количество тока, проходящего через два других вывода.

Это означает, что транзисторы лучше всего подходят для работы в качестве усилителей и импульсных регуляторов. Вы найдете две основные группы транзисторов: биполярные (BJT) и полевые транзисторы (FET).

В этом обсуждении мы сосредоточимся только на биполярных транзисторах BJT. Проще говоря, добавляя дополнительный переход к диоду с p-n переходом, становится возможным создать трехсекционный кремниевый «сэндвич». Это сэндвич-образование может быть как n-p-n, так и p-n-p.

В любом случае средняя часть работает как кран или система управления, которая регулирует количество электронов или смещение заряда через 3 слоя. Три секции биполярного транзистора - это эмиттер, база и коллектор. Базовая область может быть довольно тонкой и содержать гораздо меньше легирующих атомов по сравнению с эмиттером и коллектором.

В результате значительно уменьшенный ток эмиттер-база приводит к перемещению значительно большего тока эмиттер-коллектор. Диоды и транзисторы похожи по многим важным свойствам:

Переход база-эмиттер, напоминающий диодный переход, не позволит переносить электроны, если прямое напряжение не превысит 0,7 вольт. Чрезмерный ток вызывает нагрев транзистора и его эффективность.

В случае значительного повышения температуры транзистора может потребоваться отключение питания схемы! В конце концов, чрезмерное количество тока или напряжения может вызвать необратимое повреждение полупроводникового материала, из которого состоит транзистор.

Сегодня можно найти различные типы транзисторов. Типичные примеры:

Слабый сигнал и переключение : Эти транзисторы применяются для усиления входных сигналов низкого уровня до относительно больших уровней. Коммутационные транзисторы созданы для полного включения или полного выключения. Несколько транзисторов могут одинаково хорошо использоваться для усиления и переключения.

Силовой транзистор : Эти транзисторы используются в усилителях большой мощности и источниках питания. Эти транзисторы обычно имеют большие размеры и имеют удлиненный металлический корпус для лучшего рассеивания тепла и охлаждения, а также для легкой установки радиаторов.

Высокая частота : Эти транзисторы в основном используются в устройствах на базе RF, таких как радио, телевизоры и микроволновые печи. Эти транзисторы имеют более тонкую базовую область и уменьшенные размеры корпуса. Схематические обозначения транзисторов npn и pnp можно увидеть ниже:

Помните, что стрелка, указывающая на вывод эмиттера, всегда указывает направление потока отверстий. Когда стрелка показывает направление, противоположное основанию, то у BJT есть эмиттер, состоящий из материала n-типа.

Этот знак конкретно идентифицирует транзистор как устройство n-p-n с базой из материала p-типа. С другой стороны, когда стрелка указывает на основание, это указывает на то, что основание состоит из материала n-типа, а также указывает, что эмиттер и коллектор оба состоят из материала p-типа и, как результат, устройство является pnp BJT.

Как Используйте биполярные транзисторы

Когда потенциал земли или 0 В прикладывается к базе npn-транзистора, это препятствует прохождению тока через выводы эмиттер-коллектор, и транзистор отключается.

В случае, если база смещена в прямом направлении путем приложения разности потенциалов не менее 0,6 В на выводах базового эмиттера BJT, она мгновенно инициирует прохождение тока от эмиттера к клеммам коллектора, и транзистор называется переключенным '' на.'

В то время как BJT питаются только этими двумя способами, транзистор работает как переключатель ВКЛ / ВЫКЛ. В случае, если база смещена в прямом направлении, величина тока эмиттер-коллектор становится зависимой от относительно меньших изменений тока базы.

В транзистор в таких случаях работает как усилитель . Эта конкретная тема относится к транзистору, в котором эмиттер должен быть общей клеммой заземления как для входного, так и для выходного сигнала, и называется схема с общим эмиттером . Несколько основных схем с общим эмиттером можно визуализировать с помощью следующих диаграмм.

Транзистор как переключатель

Эта конфигурация схемы принимает только два типа входного сигнала: сигнал 0 В или сигнал заземления или положительное напряжение + В выше 0,7 В. Следовательно, в этом режиме транзистор может быть включен или выключен. Резистор на базе может иметь сопротивление от 1 до 10 кОм.

Транзисторный усилитель постоянного тока

В этой схеме переменный резистор создает прямое смещение транзистора и регулирует величину тока базы / эмиттера. Метр показывает количество тока доставляется через выводы коллектора-эмиттера.

Последовательный резистор измерителя обеспечивает защиту измерителя от чрезмерного тока и предотвращает повреждение катушки измерителя.

В реальной прикладной схеме к потенциометру можно добавить резистивный датчик, сопротивление которого изменяется в зависимости от внешних факторов, таких как свет, температура, влажность и т. Д.

Однако в ситуациях, когда входные сигналы быстро меняются, становится применимой схема усилителя переменного тока, как описано ниже:

Транзисторный усилитель переменного тока

На принципиальной схеме показана очень простая схема усилителя переменного тока на транзисторах. Конденсатор, установленный на входе, блокирует попадание любого постоянного тока в базу. Резистор, применяемый для смещения базы, рассчитан на установление напряжения, которое вдвое ниже уровня питания.

Сигнал, который усиливается «» скользит вдоль этого постоянного напряжения и изменяет свою амплитуду над и под этим уровнем refrence напряжения.

Если бы резистор смещения не использовался, только половина напряжения питания выше 0,7 В была бы усилена, вызывая большое количество неприятных искажений.

Что касается направления течения

Мы знаем, что, когда электроны движутся по проводнику, он генерирует ток через проводник.

Поскольку технически движение электронов происходит из отрицательно заряженной области в положительно заряженную, то почему стрелка в символе диода указывает на противоположный поток электронов?

Это можно объяснить несколькими моментами.

1) Согласно первоначальной теории Бенджамина Франклина, предполагалось, что поток электричества идет от положительно заряженной области к отрицательно заряженной. Однако, как только были открыты электроны, это раскрыло настоящую правду.

Тем не менее, восприятие продолжало оставаться прежним, и схемы продолжали следовать традиционному воображению, в котором текущий поток показан от положительного к отрицательному, потому что каким-то образом мыслить обратное мешает нам моделировать результаты.

2) В случае полупроводников, на самом деле дырки движутся противоположно электронам. Это заставляет электроны казаться переходящими с положительного на отрицательный.

Чтобы быть точным, необходимо отметить, что поток тока на самом деле является потоком заряда, создаваемым присутствием или отсутствием электрона, но что касается электронного символа, мы просто находим традиционный подход, которому легче следовать,

Тиристор

Тиристоры, как и транзисторы, также являются полупроводниковыми приборами с тремя выводами и играют важную роль во многих электронных проектах.

Подобно тому, как транзистор включается с небольшим током на одном из выводов, тиристоры также работают аналогичным образом и позволяют проводить гораздо больший ток через два других дополнительных вывода.

Единственная разница в том, что тиристоры не способны усиливать колебательные сигналы переменного тока. Они реагируют на управляющий входной сигнал либо полностью, либо полностью выключаясь. По этой причине тиристоры также известны как «твердотельные переключатели».

Выпрямители с кремниевым управлением (SCR)

SCR - это устройства, которые представляют собой две основные формы тиристоров. Их структура напоминает структуру биполярных транзисторов, но тиристоры имеют четвертый слой и, следовательно, три перехода, как показано на следующем рисунке.

Внутреннее устройство SCR и схематический символ можно визуализировать на следующем изображении.

Обычно выводы SCR обозначаются отдельными буквами: A для анода, K (или C) для катода и G для затвора.

Когда на анодный вывод A SCR подается положительный потенциал, который выше, чем на катодный вывод (K), два крайних перехода становятся смещенными в прямом направлении, хотя центральный p-n переход остается смещенным в обратном направлении, препятствуя прохождению через них тока.

Однако, как только на штырь G затвора подается минимальное положительное напряжение, через штырьки анод / катод проходит гораздо большая мощность.

В этот момент SCR фиксируется и остается включенным даже после снятия смещения затвора. Это может продолжаться бесконечно до тех пор, пока анод или катод на мгновение не отключатся от линии питания.

В следующем проекте ниже показан SCR, сконфигурированный как переключатель для управления лампой накаливания.

Левый боковой переключатель представляет собой переключатель «нажми-в-ВЫКЛ», что означает, что он открывается при нажатии, а правый боковой переключатель - это переключатель «нажми-в-ВКЛ», который при нажатии действует. При кратковременном или кратковременном нажатии на этот переключатель включается лампа.

SCR защелкивается, и лампа постоянно включается. Чтобы выключить лампу в исходное состояние, кратковременно нажимают левый переключатель.

SCR производятся с различной номинальной мощностью и допустимой нагрузкой, от 1 А, 100 В до 10 А или выше и нескольких сотен вольт.

Симисторы

Симисторы специально используются в электронных схемах, которые требуют переключения нагрузки переменного тока высокого напряжения.

Внутренняя структура симистора на самом деле выглядит как два тиристора, соединенных обратно параллельно. Это означает, что симистор может проводить электричество в обоих направлениях для источников постоянного и переменного тока.

Для реализации этой функции симистор построен с использованием пяти полупроводниковых слоев с дополнительной областью n-типа. Выводы симистора соединены таким образом, что каждый вывод входит в контакт с парой этих полупроводниковых областей.

Хотя рабочий режим вывода затвора симистора аналогичен SCR, затвор специально не относится к анодным или катодным выводам, это связано с тем, что симистор может работать в обоих направлениях, поэтому затвор может быть активирован с помощью любого из выводов в зависимости от используется ли положительный сигнал или отрицательный сигнал для триггера строба.

По этой причине две основные нагрузочные клеммы симистора обозначаются как MT1 и MT2 вместо A или K. Буквы MT относятся к «основной клемме». как показано на следующей принципиальной схеме.

Когда для переключения переменного тока используется симистор, тракт проводит только до тех пор, пока затвор остается подключенным к небольшому входу питания. После удаления стробирующего сигнала симистор остается включенным, но только до тех пор, пока цикл сигнала переменного тока не достигнет линии пересечения нуля.

Как только напряжение питания переменного тока достигает нулевой линии, симистор постоянно выключается и постоянно подключается к подключенной нагрузке, пока снова не будет подан стробирующий сигнал.

Симисторы можно использовать для управления большинством бытовых приборов, а также двигателями и насосами.

Хотя симисторы также классифицируются по их текущей нагрузочной способности или рейтингу, как и тиристоры, тиристоры обычно доступны с гораздо более высокими номинальными токами, чем симисторы.

Полупроводник Светоизлучающие устройства

При воздействии высоких уровней света, тепла, электронов и аналогичных энергий большинство полупроводников демонстрируют тенденцию к излучению света с видимой для человека длиной волны или длиной волны ИК-излучения.

Полупроводники, которые идеально подходят для этого, относятся к семейству диодов с p-n переходом.

Светодиоды (LED) делают это путем преобразования электрического тока непосредственно в видимый свет. Светодиоды чрезвычайно эффективны в отношении преобразования тока в свет, чем любые другие источники света.

Белые светодиоды высокой яркости используются для домашнее освещение Для этого используются красочные светодиоды в декоративных целях.

Интенсивность светодиода можно регулировать либо линейно уменьшая входной постоянный ток, либо через широтно-импульсная модуляция вход также называется ШИМ.

Полупроводниковые световые детекторы

Когда любая форма энергии входит в контакт с кристаллом полупроводника, это приводит к генерации тока в кристалле. Это основной принцип работы всех полупроводниковых светочувствительных устройств.

Полупроводниковые детекторы света можно разделить на основные типы:

Те, которые построены с использованием полупроводников с pn переходом, а другие нет.

В этом объяснении мы будем иметь дело только с вариантами p-n. Детекторы света на основе P-n-переходов являются наиболее широко используемым членом семейства фотонных полупроводников.

Большинство из них сделаны из кремния и могут обнаруживать как видимый свет, так и ближний инфракрасный.

Фотодиоды:

Фотодиоды специально разработаны для электронных проектов, которые предназначены для восприятия света. Вы можете найти их во всевозможных гаджетах, таких как камеры, охранная сигнализация , Жить коммуникации и др.

В режиме детектора света фотодиод работает, генерируя дырку или электрон на pn переходе. Это вызывает перемещение тока, как только клеммы со стороны p- и n-перехода подключаются к внешнему источнику питания.

При использовании в фотоэлектрическом режиме фотодиод действует как источник тока в присутствии падающего света. В этом приложении устройство начинает работать в режиме обратного смещения в ответ на световое освещение.

В отсутствие света все еще течет незначительный ток, известный как «темновой ток».

Фотодиод обычно изготавливается во многих упаковках различной конструкции. В основном они доступны в пластиковом корпусе, с предустановленными линзами и фильтрами и так далее.

Ключевое отличие - это размер полупроводника, который используется в устройстве. Фотодиоды, предназначенные для быстрого отклика в режиме фотопроводимости с обратным смещением, построены с использованием полупроводников с малой площадью.

Фотодиоды с большей площадью имеют тенденцию реагировать немного медленнее, но могут обладать способностью обеспечивать более высокую степень чувствительности к световому освещению.

У фотодиода и светодиода одинаковые схематические символы, за исключением того, что стрелки указывают внутрь фотодиода. Фотодиоды обычно привыкли распознавать быстро меняющиеся импульсы даже на длине волны, близкой к инфракрасной, как при световой связи.

На схеме ниже показано, как фотодиод может быть применен в экспонометре. Выходные результаты этой схемы довольно линейны.

Фототранзисторы

Фототранзисторы применяются в электронных проектах, требующих более высокой степени чувствительности. Эти устройства созданы исключительно для того, чтобы использовать их чувствительность к свету во всех транзисторах. Как правило, фототранзистор можно найти в npn-устройстве, имеющем широкую базовую секцию, которая может подвергаться воздействию света.

Свет, попадающий в базу, заменяет естественный ток база-эмиттер, который существует в обычных npn-транзисторах.

Благодаря этой особенности фототранзистор может мгновенно усиливать световые колебания. Обычно можно получить два типа фототранзисторов npn. Один из них имеет стандартную структуру npn, альтернативный вариант поставляется с дополнительным транзистором npn, обеспечивающим дополнительное усиление, и известен как транзистор «фотодарлингтона».

Они чрезвычайно чувствительны, хотя и немного медлительны по сравнению с обычным фототранзистором npn. Схематические символы, обычно используемые для фототранзисторов, приведены ниже:

Фототранзисторы довольно часто используются для регистрации переменных (переменного) световых импульсов. Кроме того, они используются для идентификации непрерывного (постоянного) света, например, в следующей схеме, где фотодарлингтон применяется для активации реле.

Это руководство будет регулярно обновляться спецификациями новых компонентов, поэтому следите за обновлениями.