Elementaire elektronica uitgelegd

Voor een beginner in elektronica, bouwen basis elektronische projecten van een schakelschema kan overweldigend zijn. Deze beknopte handleiding is bedoeld om nieuwkomers te helpen door hen handige details te geven over elektronische onderdelen en over technieken voor het bouwen van schakelingen. We onderzoeken elementaire onderdelen zoals weerstanden, condensatoren, inductoren, transformatoren en potentiometers.

WEERSTANDEN

Een weerstand is een onderdeel dat vermogen dissipeert, normaal gesproken door middel van warmte. De implementatie wordt bepaald door de relatie die bekend staat als de wet van Ohm: V = I X R waarbij V de spanning over de weerstand in volt is, ik verwijst naar de stroom door de weerstand in ampère en R is de weerstandswaarde in ohm. De weergaven voor een weerstand worden getoond in Fig. 1.1.

Ofwel kunnen we gebruik maken van weerstand om de spanning op een specifieke locatie in het circuit te veranderen, of we zouden het kunnen toepassen om de stroom op een gewenste locatie van het circuit te veranderen.

De waarde van de weerstand kan worden geïdentificeerd door de gekleurde ringen eromheen. U vindt 3 fundamentele ringen of banden die ons deze details geven (Fig. 1.2).

De banden zijn geverfd met specifieke kleuren en elke gekleurde band vertegenwoordigt een nummer zoals weergegeven in tabel 1.1. Als de banden bijvoorbeeld bruin, rood en oranje zijn, dan is de waarde van de weerstand 12 x 1,00,0 of 12.000 ohm. 1.000 ohm wordt normaal gesproken geïdentificeerd als een kilohm of k, terwijl 1.000.000 een megohm of MOhm wordt genoemd.

De laatst gekleurde ring of band geeft de tolerantiegrootte van de weerstand aan, voor de betreffende weerstandswaarde. Goud vertoont een tolerantie van + of - 5 procent (± 5%), zilver geeft aan dat het + of - 10 procent (± 10%) is. Als u geen tolerantieband aantreft, betekent dit meestal dat de tolerantie ± 20 procent is.

Over het algemeen geldt: hoe groter de weerstand, hoe groter het vermogen dat deze kan verwerken. Het vermogen in watt kan verschillen van 1/8 W tot veel watt. Dit vermogen is in feite het product van spanning (V) en stroom (I) die door de weerstand gaan.

Door de wet van Ohm toe te passen, kunnen we het vermogen (P) bepalen dat door een weerstand wordt gedissipeerd als P = V X I = I ^ 2R = V ^ 2 / R waarbij R de waarde van de weerstand is. U zult geen elektrisch negatief aspect vinden tijdens het werken met een weerstand die praktisch groter kan zijn dan de vereiste specificaties.

Het enige kleine nadeel zou kunnen zijn in de vorm van grotere mechanische afmetingen en wellicht hogere kosten.

CONDENSATOREN

De vroegere naam voor een condensator was vroeger condensor, hoewel de huidige naam meer gerelateerd lijkt aan de feitelijke functie. Een condensator is ontworpen met een 'capaciteit' voor het opslaan van elektrische energie.

De basisfunctie van een condensator is om er een wisselstroom (a.c.) doorheen te laten gaan, maar een gelijkstroom (d.c.) te blokkeren.

Een andere cruciale overweging is dat in het geval een d.c. spanning, van bijvoorbeeld via een batterij, is even over een condensator verbonden, in wezen zal deze gelijkstroom over de condensatorkabels blijven bestaan ​​totdat een element zoals een weerstand er overheen wordt gevoegd, of kan je uiteindelijk de condensatoraansluitingen kortsluiten met elkaar waardoor de opgeslagen energie wordt ontladen.

BOUW

Over het algemeen bestaat een condensator uit een paar platen gescheiden door een isolerend materiaal dat bekend staat als het diëlektricum.

Het diëlektricum kan worden gevormd door lucht, papier, keramiek, polystyreen of elk ander geschikt materiaal. Voor grotere capaciteitswaarden wordt een elektrolyt gebruikt voor de diëlektrische scheiding. Deze elektrolytische stof heeft het vermogen om elektrische energie met grote efficiëntie op te slaan.

Een constante DC is gewoonlijk vereist voor capacitief functioneren. Daarom vinden we in schakelschema's de positieve kabel van de condensator aangegeven als een wit blok en de negatieve kant als een zwart blok.

Variabele of instelbare condensatoren omvatten draaiende schoepen gescheiden door een luchtspleet of een isolator zoals mica. Hoeveel deze schoepen elkaar overlappen, bepaalt de grootte van de capaciteit , en dit kan worden gevarieerd of aangepast door de spil van de variabele condensator te verplaatsen.

Capaciteit wordt gemeten in Farads. Een enkele Farad-condensator kan echter aanzienlijk groot zijn voor praktisch gebruik. Daarom worden condensatoren aangeduid in microfarads (uF), nanofarad (nF) of in picofarads (pF).

Een miljoen picofarad komt overeen met een enkele microfarad, en een miljoen microfarad is gelijk aan een Farad in omvang. Hoewel nanofarads (nF) niet vaak worden gebruikt, vertegenwoordigt één nanofarad duizend picofarads.

Af en toe vindt u misschien kleinere condensatoren met kleurcodes erop, net als de weerstanden.

Hiervoor konden de waarden worden bepaald in pF zoals aangetoond in de aangrenzende kleurenkaart. Het paar banden aan de onderkant geeft de tolerantie en de maximale werkbare spanning van de condensator.

Er moet strikt op worden gelet dat de spanning die op het condensatorlichaam is afgedrukt, de absoluut maximaal toelaatbare spanningslimiet van de condensator vertegenwoordigt, die nooit mag worden overschreden. Ook als het om elektrolytische condensatoren gaat, moet de polariteit zorgvuldig worden gecontroleerd en dienovereenkomstig worden gesoldeerd.

INDUCTEURS

In elektronische schakelingen Spoel werkeigenschappen zijn precies het tegenovergestelde van condensatoren. Inductoren vertonen de neiging om er een gelijkstroom doorheen te leiden, maar proberen wisselstroom tegen te gaan of te weerstaan. Ze hebben meestal de vorm van supergeëmailleerde koperdraadspoelen, normaal gesproken rond een mal gewikkeld.

Voor het creëren van hoge waarde smoorspoelen wordt normaal gesproken een ijzerhoudend materiaal ingebracht als de kern, of kan worden geïnstalleerd als een omhulsel dat de spoel extern omgeeft.

Een belangrijk kenmerk van de inductor is zijn vermogen om een ​​'back-e.m.f.' te genereren. zodra een aangelegde spanning wordt verwijderd over een inductor. Dit gebeurt normaal gesproken vanwege de inherente eigenschap van een inductor om het verlies van de oorspronkelijke stroom over de stroom te compenseren.

De schematische symbolen van de inductor zijn te zien in Fig. 1.5. De eenheid van inductie is de Henry, hoewel millihenrys of microhenrys (respectievelijk mH en) normaal worden gebruikt voor het meten van inductoren in praktische toepassingen.

Een millihenry heeft een 1000 microhenry, terwijl een duizend millihenry gelijk is aan één Henry. Inductoren zijn een van die componenten die niet gemakkelijk te meten zijn, vooral als de werkelijke waarde niet wordt afgedrukt. Ook deze worden nog complexer om te meten wanneer deze thuis worden geconstrueerd met niet-standaard parameters.

Wanneer inductoren worden gebruikt voor het blokkeren van AC-signalen, worden ze radiofrequentiesmoorspoelen of RF-smoorspoelen (RFC) genoemd. Inductoren worden gebruikt met condensatoren om afgestemde circuits te vormen, die alleen de berekende frequentieband toelaten en de rest blokkeren.

AFGESTEMDE CIRCUITS

Een afgestemde schakeling (Fig. 1.6), die een inductor L en een condensator C omvat, zal in wezen ofwel een bepaalde frequentie laten bewegen over en alle andere frequenties blokkeren, of een specifieke frequentiewaarde blokkeren en alle andere laten passeren door.

Een maat voor de selectiviteit van een afgestemde schakeling die de frequentiewaarde vaststelt, wordt de Q-factor (voor kwaliteit).

Deze afgestemde waarde van de frequentie wordt ook wel de resonantiefrequentie (f0) genoemd en wordt gemeten in hertz of cycli per seconde.

Een condensator en inductor kunnen in serie of parallel worden gebruikt om een resonante afgestemde kring (Afb. 1.6.a). Een in serie afgestemd circuit kan een laag verlies hebben in vergelijking met een parallel afgestemde circuit (Fig. 1.6.b) heeft een hoog verlies.

Als we hier verlies noemen, verwijst dit meestal naar de verhouding tussen de spanning over het netwerk en de stroom die door het netwerk stroomt. Dit staat ook bekend als de impedantie (Z).

De alternatieve namen voor deze impedantie voor specifieke componenten kunnen de vorm hebben van b.v. weerstand (R) voor weerstanden en reactantie (X) voor smoorspoelen en condensatoren.

TRANSFORMATOREN

Transformatoren worden gebruikt voor het verhogen van de wisselspanning / -stroom van een ingang naar hogere uitgangsniveaus of voor het verlagen van hetzelfde naar lagere uitgangsniveaus. Deze werking zorgt tegelijkertijd ook voor een volledige galvanische scheiding tussen de ingang AC en de uitgang AC. Een paar transformatoren zijn te zien in Fig. 1.7.

Fabrikanten betekenen alle details aan de primaire of invoerzijde via het achtervoegsel '1'. De secundaire of uitgangszijde wordt aangegeven door het achtervoegsel '2' T1 en T2 geven het aantal windingen op de primaire en secundaire zijde dienovereenkomstig aan. Vervolgens:

Wanneer een transformator is ontworpen voor het verlagen van de netspanning 240 V naar een lagere spanning, zeg 6 V, omvat de primaire zijde een relatief groter aantal beurten met dunnere draaddikte, terwijl de secundaire zijde is gebouwd met een relatief kleiner aantal beurten maar met een veel dikkere draad.

Dit komt doordat de hogere spanning een proportioneel lagere stroom en dus dunnere draad met zich meebrengt, terwijl de lagere spanning een proportioneel hogere stroom en dus dikkere draad met zich meebrengt. De netto primaire en secundaire wattage-waarden (V x I) zijn nagenoeg gelijk in een ideale transformator.

Wanneer de transformatorwikkeling een draadaftakking heeft die uit een van de windingen wordt getrokken (Fig. 1.7.b), resulteert dit in de verdeling van de wikkelspanning over de aftakking die evenredig is met het aantal windingen op de wikkeling gescheiden door middel van draad met middelste aftakking.

De magnitude van de netspanning over de volledige secundaire wikkeling van begin tot einde zal nog steeds volgens de bovenstaande formule zijn

Hoe groot een transformator kan zijn, hangt af van de grootte van de secundaire stroomspecificatie. Als de huidige specificatie groter is, worden de afmetingen van de transformator ook proportioneel groter.

Er zijn ook miniatuur transformatoren voor ontworpen hoogfrequente circuits , zoals radio's, zenders etc en ze hebben een ingebouwde condensator die over de wikkeling is bevestigd.

Halfgeleiders gebruiken in elektronische projecten

Door: Forest M. Mims

Het bouwen en experimenteren met elektronische projecten kan lonend zijn, maar ook een grote uitdaging. Het wordt nog meer bevredigend, als je als hobbyist voltooi het bouwen van een circuitproject, zet het aan en vind een bruikbaar werkmodel dat is ontwikkeld uit een handvol rommelcomponenten. Hierdoor voel je je een maker, terwijl het succesvolle project je enorme inspanningen en kennis op het betreffende gebied laat zien.

Dit kan alleen zijn om wat plezier te hebben in de vrije tijd. Sommige andere mensen willen misschien een project realiseren dat nog niet is vervaardigd, of misschien passen ze een elektronisch marktproduct aan tot een meer innovatieve versie.

Om succes te behalen of om een ​​circuitfout op te lossen, moet u goed thuis zijn in de werking van de verschillende componenten en hoe u deze correct kunt implementeren in praktische circuits. OK, dus laten we ter zake komen.

In deze tutorial beginnen we met halfgeleiders.

Hoe Halfgeleider is gemaakt met silicium

U vindt er een verscheidenheid aan halfgeleidende componenten, maar silicium, het belangrijkste element van zand, behoort tot de meest bekende elementen. Een siliciumatoom bestaat uit slechts 4 elektronen in zijn buitenste schil.

Het kan echter heel goed zijn om er 8 te krijgen. Als gevolg hiervan werkt een siliciumatoom samen met zijn naburige atomen om elektronen op de volgende manier te delen:

Wanneer een groep siliciumatomen hun buitenste elektronen delen, resulteert dit in de vorming van een arrangement dat bekend staat als kristal.

De onderstaande tekening toont een siliciumkristal met alleen hun buitenste elektronen. Silicium biedt in zijn zuivere vorm geen bruikbaar doel.

Daarom verbeteren fabrikanten deze op silicium gebaseerde producten met fosfor, boor en aanvullende ingrediënten. Dit proces wordt 'doping' van silicium genoemd. Zodra doping is geïmplementeerd, wordt silicium verbeterd met nuttige elektrische eigenschappen.

P en N gedoteerd silicium : Elementen zoals boor, fosfor, kunnen effectief worden gebruikt om te combineren met siliciumatomen om kristallen te vervaardigen. Hier is de truc: een booratoom bevat slechts 3 elektronen in zijn buitenste schil, terwijl een fosforatoom 5 elektronen bevat.

Wanneer silicium wordt gecombineerd of gedoteerd met enkele fosforelektronen, verandert het in silicium van het n-type (n = negatief). Wanneer silicium wordt versmolten met booratomen die een elektron missen, wordt het silicium omgezet in een p-type (p = positief) silicium.

P-type silicium. Wanneer een booratoom wordt gedoteerd met een cluster van siliciumatomen, ontstaat er een lege elektronenholte die een 'gat' wordt genoemd.

Dit gat maakt het mogelijk dat een elektron van een naburig atoom in de sleuf (gat) 'valt'. Dit betekent dat één 'gat' van positie is veranderd naar een nieuwe locatie. Houd er rekening mee dat gaten gemakkelijk over silicium kunnen zweven (op dezelfde manier als bellen op water bewegen).

N-Type Silicium. Wanneer een fosforatoom wordt gecombineerd of gedoteerd met een cluster van siliciumatomen, geeft het systeem een ​​extra elektron dat met relatief gemak over het siliciumkristal kan worden overgedragen.

Uit de bovenstaande uitleg begrijpen we dat een n-type silicium de doorgang van elektronen zal vergemakkelijken door elektronen van het ene atoom naar het andere te laten springen.

Anderzijds zal een p-type silicium ook de doorgang van elektronen mogelijk maken, maar in tegengestelde richting. Omdat bij een p-type het de gaten of de lege elektronenschillen zijn die de verplaatsing van de elektronen veroorzaken.

Het is net als een persoon die over de grond rent, en een persoon die op een loopband ​Wanneer een persoon op de grond rent, blijft de grond stationair en beweegt de persoon vooruit, terwijl de persoon op de loopband stil blijft staan, beweegt de grond achteruit. In beide situaties maakt de persoon een relatieve voorwaartse beweging door.

Diodes begrijpen

Diodes kunnen worden vergeleken met kleppen en spelen dus een cruciale rol in elektronische projecten voor het regelen van de stroomrichting van elektriciteit binnen een circuitconfiguratie.

We weten dat zowel n- als p-type silicium elektriciteit kunnen geleiden. De weerstand van beide varianten hangt af van het percentage gaten of de extra elektronen die het bezit. Als gevolg hiervan kunnen de twee typen zich mogelijk ook gedragen als weerstanden, waardoor de stroom wordt beperkt en deze alleen in een specifieke richting kan stromen.

Door veel p-type silicium te creëren in een basis van n-type silicium, kunnen elektronen worden beperkt om in slechts één richting over het silicium te bewegen. Dit is de exacte werkconditie die kan worden waargenomen in diodes, gemaakt met een p-n-junctie siliciumdoping.

Hoe de diode werkt

De volgende illustratie helpt ons om een ​​gemakkelijke opheldering te krijgen over hoe een diode reageert op elektriciteit in een enkele richting (voorwaarts) en zorgt ervoor dat elektriciteit in de tegenovergestelde richting wordt geblokkeerd (omgekeerd).

In de eerste afbeelding zorgt het batterijpotentiaalverschil ervoor dat gaten en elektronen afstoten in de richting van de p-n-overgang. Als het spanningsniveau hoger is dan 0,6 V (voor een siliciumdiode), worden elektronen gestimuleerd om over de kruising te springen en te versmelten met de gaten, waardoor een stroomlading kan worden overgedragen.

In de tweede afbeelding zorgt het batterijpotentiaalverschil ervoor dat de gaten en de elektronen van de kruising worden weggetrokken. Deze situatie voorkomt dat de stroom van lading of stroom het pad blokkeert. Diodes zijn meestal ingekapseld in een kleine cilindrische glazen behuizing.

Een donkere of witachtige cirkelvormige band gemarkeerd rond een uiteinde van het diodelichaam identificeert de kathode-aansluiting. De andere terminal wordt natuurlijk de anode-terminal. De bovenstaande afbeelding toont zowel de fysieke omhulling van de diode als het schematische symbool.

We hebben inmiddels begrepen dat een diode te vergelijken is met een elektronische eenrichtingsschakelaar. U moet nog een paar factoren van het functioneren van de diode volledig begrijpen.

Hieronder staan ​​een paar cruciale punten:

1. Een diode geleidt mogelijk geen elektriciteit totdat de aangelegde voorwaartse spanning een bepaald drempelniveau bereikt.

Voor siliciumdiodes is dit ongeveer 0,7 volt.

2. Als de voorwaartse stroom te hoog wordt of boven de opgegeven waarde komt, kan de halfgeleiderdiode kapot gaan of branden! En de interne terminalcontacten kunnen uit elkaar vallen.

Als de eenheid brandt, kan de diode ineens geleiding vertonen over beide klemrichtingen. Door de warmte die door deze storing wordt gegenereerd, kan het apparaat uiteindelijk verdampen!

3. Een te hoge sperspanning kan ertoe leiden dat een diode in tegengestelde richting geleidt. Omdat deze spanning behoorlijk groot is, kan de onverwachte stroomstoot de diode doen barsten.

Diodetypes en toepassingen

Diodes zijn verkrijgbaar in veel verschillende vormen en specificaties. Hieronder staan ​​enkele van de belangrijke vormen die vaak worden gebruikt in elektrische circuits:

Kleine signaaldiode: Dit soort diodes kan worden gebruikt voor wisselstroom naar gelijkstroom met lage stroomsterkte het detecteren of demoduleren van RF-signalen , in spanning multiplier applicatie , logische bewerkingen, voor het neutraliseren van hoogspanningspieken, enz. voor het maken van stroomgelijkrichters.

Power gelijkrichters Diodes : hebben vergelijkbare attributen en kenmerken zoals een kleine signaaldiode, maar deze zijn geschikt voor omgaan met aanzienlijke hoeveelheden stroom ​Deze zijn gemonteerd op grote metalen behuizingen die helpen om ongewenste warmte te absorberen en af ​​te voeren en deze te verdelen over een aangesloten heatsink-plaat.

Krachtgelijkrichters zijn vooral te zien in voedingen. Veel voorkomende varianten zijn 1N4007, 1N5402 / 5408, 6A4 enz

Zener diode : Dit is een speciaal type diode dat wordt gekenmerkt door een specifieke omgekeerde doorslagspanning. Dit betekent dat zenerdiodes kunnen werken als een spanningsbeperkende schakelaar. Zenerdiodes zijn geclassificeerd met absolute doorslagspanningen (Vz) die kunnen variëren van 2 tot 200 volt.

Lichtgevende diode of leds : Alle vormen van diodes hebben de eigenschap dat ze een beetje elektromagnetische straling uitzenden wanneer ze op een voorwaartse baispanning worden toegepast.

De diodes die zijn gemaakt met behulp van halfgeleidermaterialen zoals galliumarsenidefosfide, krijgen echter het vermogen om aanzienlijk meer straling uit te zenden in vergelijking met de gewone siliciumdiodes. Dit worden Light Emitting Diodes of LED's genoemd.

Fotodiode : Net zoals diodes wat straling uitzenden, vertonen ze ook een zekere mate van geleiding wanneer ze worden verlicht door een externe lichtbron.
De diodes die speciaal zijn ontworpen om licht of verlichting te detecteren en erop te reageren, worden echter fotodiodes genoemd.

Ze bevatten een glazen of plastic venster waardoor het licht het lichtgevoelige gebied van de diode kan binnendringen.

Deze hebben doorgaans een groot verbindingsgebied voor de vereiste blootstelling aan licht.

Silicium faciliteert het maken van efficiënte fotodiodes.

Verschillende soorten diodes worden veel gebruikt in een groot aantal toepassingen. Laten we voorlopig een paar belangrijke functies voor een klein signaal bespreken diodes en gelijkrichters ​

De eerste is een enkelfasige gelijkrichterschakeling waardoor een wisselstroom met een variërende voeding met dubbele polariteit wordt gelijkgericht in een signaal of spanning met enkele polariteit (dc).

De tweede configuratie is de dubbelzijdige gelijkrichterschakeling die een configuratie met vier dioden omvat en ook wel wordt aangeduid als brug gelijkrichter ​Dit netwerk heeft de mogelijkheid om beide helften van een AC-ingangssignaal te corrigeren.

Let op het onderscheid in eindresultaat van de twee circuits. In het halfgolfcircuit produceert slechts één cyclus van de ingang AC een uitgang, terwijl bij volledige brug beide halve cycli worden omgezet in een DC met enkele polariteit.

De transistor

Een elektronisch project kan vrijwel onmogelijk zijn zonder een transistor, die eigenlijk de basisbouwsteen van elektronica vormt.

Transistors zijn halfgeleiderinrichtingen met drie aansluitingen of draden. Een uitzonderlijk kleine hoeveelheid stroom of spanning op een van de kabels maakt het mogelijk om een ​​aanzienlijk grotere hoeveelheid stroom door de andere twee kabels te sturen.

Dit betekent dat transistors het meest geschikt zijn om te werken als versterkers en schakelregelaars. U vindt twee primaire groepen transistors: bipolair (BJT) en veldeffect (FET).

In deze discussie gaan we ons alleen richten op bipolaire transistors BJT. Simpel gezegd, door een complementaire junctie toe te voegen aan een p-n junctiediode, wordt het mogelijk om een ​​siliconen 'sandwich' met drie compartimenten te creëren. Deze sandwichachtige formatie kan ofwel n-p-n of p-n-p zijn.

In beide gevallen werkt het middengedeelte als een tik- of regelsysteem dat de hoeveelheid elektronen of lading die over de 3 lagen verschuift, regelt. De 3 secties van een bipolaire transistor zijn de emitter, basis en collector. Het basisgebied kan vrij dun zijn en heeft veel minder doteringsatomen in vergelijking met emitter en collector.

Als gevolg hiervan resulteert een veel verminderde emitter-basisstroom in een aanzienlijk grotere emitter-collectorstroom die moet worden verplaatst. Diodes en transistors zijn vergelijkbaar met veel cruciale eigenschappen:

De basis-emitterovergang die op een diodeovergang lijkt, zal geen elektronenoverdracht mogelijk maken tenzij de voorwaartse spanning hoger is dan 0,7 volt. Een overmatige hoeveelheid stroom veroorzaakt opwarming van de transistor en werkt efficiënt.

Als de temperatuur van een transistor aanzienlijk stijgt, kan het nodig zijn om het circuit uit te schakelen! Uiteindelijk kan een overmatige hoeveelheid stroom of spanning een permanente schade veroorzaken aan het halfgeleidermateriaal dat de transistor vormt.

Er zijn tegenwoordig verschillende soorten transistors te vinden. Veelvoorkomende voorbeelden zijn:

Klein signaal en schakelen : Deze transistors worden gebruikt voor het versterken van lage ingangssignalen naar relatief grotere niveaus. Schakelende transistors worden gemaakt om ofwel volledig in te schakelen of volledig uit te schakelen. Meerdere transistors kunnen beide even mooi worden gebruikt voor versterken en schakelen.

Vermogenstransistor : Deze transistors worden gebruikt in versterkers en voedingen met hoog vermogen. Deze transistors zijn doorgaans groot van formaat en hebben een verlengde metalen behuizing om een ​​grotere warmteafvoer en koeling mogelijk te maken, en ook voor eenvoudige installatie van heatsinks.

Hoge frequentie : Deze transistors worden meestal gebruikt op RF-gebaseerde gadgets, zoals radio's, tv's en magnetrons. Deze transistors zijn gebouwd met een dunner basisgebied en hebben kleinere lichaamsafmetingen. De schematische symbolen voor de npn- en pnp-transistors zijn hieronder te zien:

Onthoud dat het pijlteken dat de emitterpen aangeeft altijd in de stroomrichting van de gaten wijst. Wanneer het pijlteken een richting aangeeft die tegengesteld is aan de basis, dan heeft de BJT een zender die bestaat uit n-type materiaal.

Dit teken identificeert specifiek de transistor als een n-p-n-apparaat met een basis met een p-type materiaal. Aan de andere kant, wanneer de pijl naar de basis wijst, geeft dit aan dat de basis is gemaakt van n-type materiaal, en geeft aan dat de zender en de collector beide bestaan ​​uit p-type materiaal en, als resultaat, het apparaat is een pnp BJT.

Hoe Gebruik bipolaire transistors

Wanneer een aardpotentiaal of 0V wordt toegepast op de basis van een npn-transistor, remt dit de stroom van stroom over de emitter-collectoraansluitingen en wordt de transistor 'uitgeschakeld'.

In het geval dat de basis voorwaarts voorgespannen is door een potentiaalverschil van ten minste 0,6 volt aan te leggen over de basisemitterpinnen van de BJT, start het onmiddellijk de stroom van de emitter naar de collectorterminals en wordt gezegd dat de transistor wordt geschakeld ' Aan.'

Hoewel BJT's alleen op deze twee methoden worden gevoed, werkt de transistor als een AAN / UIT-schakelaar. In het geval dat de basis voorwaarts is voorgespannen, wordt de emitter-collectorstroomsterkte afhankelijk van de relatief kleinere variaties van de basisstroom.

De transistor werkt in dergelijke gevallen als een versterker ​Dit specifieke onderwerp heeft betrekking op een transistor waarbij de emitter de gemeenschappelijke aardklem moet zijn voor zowel het ingangs- als het uitgangssignaal, en wordt aangeduid als common-emitter-circuit ​Een paar basiscircuits met gemeenschappelijke emitters kunnen worden gevisualiseerd door de volgende diagrammen.

Transistor als schakelaar

Deze circuitconfiguratie accepteert slechts twee soorten ingangssignalen, ofwel een 0V- of aardingsignaal, of een positieve spanning + V boven 0,7V. Daarom kan in deze modus de transistor AAN of UIT worden geschakeld. De weerstand aan de basis kan van alles zijn tussen 1K en 10K ohm.

Transistor DC-versterker

In dit circuit is de variabele weerstand creëert een voorwaartse voorspanning naar de transistor en regelt de grootte van de basis- / emitterstroom. De meter toont de hoeveelheid stroom geleverd over de collector-emitterkabels.

De meterreeksweerstand zorgt voor beveiliging van de meter tegen te hoge stroom en voorkomt schade aan de meterspoel.

In een echt toepassingscircuit kan de potentiometer worden toegevoegd met een resistieve sensor, waarvan de weerstand varieert als reactie op een externe factor zoals licht, temperatuur, vocht enz.

In situaties waarin de ingangssignalen echter snel variëren, wordt een wisselstroomversterkercircuit van toepassing zoals hieronder wordt uitgelegd:

Transistor AC-versterker

Het schakelschema toont een zeer basale transistor AC versterkerschakeling. De condensator aan de ingang blokkeert elke vorm van DC om de basis binnen te komen. De weerstand die wordt toegepast voor de basisvoorspanning wordt berekend om een ​​spanning vast te stellen die de helft van het voedingsniveau is.

Het signaal dat wordt versterkt 'glijdt' langs deze constante spanning en verandert zijn amplitude boven en onder dit refractiespanningsniveau.

Als de instelweerstand niet werd gebruikt, zou slechts de helft van de voeding boven het 0,7V-niveau worden versterkt, wat grote hoeveelheden onaangename vervormingen zou veroorzaken.

Met betrekking tot de stroomrichting

We weten dat wanneer elektronen door een geleider gaan, het een stroom door de geleider genereert.

Aangezien de beweging van elektronen technisch gezien eigenlijk van een negatief geladen gebied naar een positief geladen gebied gaat, waarom lijkt de pijlmarkering in een diodesymbool dan een tegengestelde stroom van elektronen aan te geven?

Dit kan worden verklaard met een paar punten.

1) Volgens de initiële theorie van Benjamin Franklin werd aangenomen dat de stroom van elektriciteit van positief naar negatief geladen gebied is. Toen elektronen eenmaal waren ontdekt, onthulde het echter de werkelijke waarheid.

Toch bleef de perceptie hetzelfde en bleven de schema's de conventionele verbeelding volgen waarin de huidige stroom van positief naar negatief wordt weergegeven, omdat het op de een of andere manier het tegenovergestelde ons moeilijk maakt om de resultaten te simuleren.

2) In het geval van halfgeleiders zijn het eigenlijk de gaten die tegenover de elektronen bewegen. Hierdoor lijken de elektronen te verschuiven van positief naar negatief.

Om precies te zijn, moet worden opgemerkt dat de stroom van stroom eigenlijk de stroom van lading is die wordt gecreëerd door de aanwezigheid of afwezigheid van het elektron, maar wat het elektronische symbool betreft, vinden we de conventionele benadering eenvoudigweg gemakkelijker te volgen,

De thyristor

Net als transistors zijn thyristors ook halfgeleiderapparaten die drie terminals hebben en een belangrijke rol spelen in veel elektronische projecten.

Net zoals een transistor wordt ingeschakeld met een kleine stroom aan een van de draden, werken thyristors ook op dezelfde manier en laten ze een veel grotere stroom geleiden via de andere twee complementaire draden.

Het enige verschil is dat thyristor niet in staat is om oscillerende AC-signalen te versterken. Ze reageren op het controle-ingangssignaal door ofwel volledig aan of helemaal uit te schakelen. Dit is de reden waarom thyristors ook bekend staan ​​als 'solid-state schakelaars'.

Siliciumgestuurde gelijkrichters (SCR)

SCR's zijn apparaten die twee basisvormen van thyristors vertegenwoordigen. Hun structuur lijkt op die van bipolaire transistors, maar SCR's hebben een vierde laag, dus drie knooppunten, zoals geïllustreerd in de volgende afbeelding.

De interne lay-out van de SCR en het schematische symbool kunnen in de volgende afbeelding worden weergegeven.

Normaal gesproken worden SCR-pinouts weergegeven met enkele letters als: A voor anode, K (of C) voor kathode en G voor poort.

Wanneer de anode-pinA van een SCR wordt toegepast met een positieve potentiaal die hoger is dan de kathodepin (K), worden de twee buitenste juncties voorwaarts voorgespannen, hoewel de centrale p-n-junctie in tegengestelde richting voorgespannen blijft en elke stroom van stroom erdoorheen belemmert.

Zodra de poortpin G echter met een minimale positieve spanning wordt aangelegd, kan een veel groter vermogen door de anode- / kathodepennen worden geleid.

Op dit punt wordt de SCR vergrendeld en blijft de SCR ingeschakeld, zelfs nadat de gate-bias is verwijderd. Dit kan oneindig doorgaan totdat de anode of de kathode tijdelijk wordt losgekoppeld van de toevoerleiding.

Het volgende project hieronder toont een SCR die is geconfigureerd als een schakelaar voor het besturen van een gloeilamp.

De linkerschakelaar is een push-to-OFF-schakelaar, wat betekent dat deze opent wanneer erop wordt gedrukt, terwijl de rechterschakelaar een push-to-ON-schakelaar is die geleidt wanneer erop wordt gedrukt. Wanneer deze schakelaar even of slechts een seconde wordt ingedrukt, wordt de lamp ingeschakeld.

De SCR vergrendelt en de lamp gaat permanent AAN. Om de lamp UIT te schakelen naar de beginstand, wordt de linker zijschakelaar even ingedrukt.

SCR's worden vervaardigd met verschillende vermogens en verwerkingscapaciteit, direct van 1 amp, 100 volt tot 10 ampère of hoger en enkele honderden volt.

Triacs

Triacs worden specifiek gebruikt in elektronische circuits die schakelen met hoogspanning AC-belasting vereisen.

De interne structuur van een triac ziet er eigenlijk uit als twee SCR's die omgekeerd parallel zijn samengevoegd. Dit betekent dat een triac de mogelijkheid krijgt om elektriciteit te geleiden in zowel de richtingen voor DC- als AC-voedingen.

Om deze functie te implementeren is de triac opgebouwd uit vijf halfgeleiderlagen met een extra n-type gebied. De triac-pinouts zijn zodanig verbonden dat elke pin in contact komt met een paar van deze halfgeleidergebieden.

Hoewel de werkmodus van een triac-poortterminal vergelijkbaar is met een SCR, wordt de poort niet specifiek verwezen naar anode- of kathodeterminals, omdat de triac in beide richtingen kan geleiden, zodat de poort kan worden geactiveerd met elk van de terminals, afhankelijk van of een positief signaal wordt gebruikt of een negatief signaal voor de poorttrekker.

Om deze reden worden de twee belangrijkste lastdragende terminals van de triac aangeduid als MT1 en MT2 in plaats van A of K. De letters MT verwijzen naar 'hoofdterminal'. zoals weergegeven in het volgende schakelschema.

Wanneer een triac wordt toegepast voor het schakelen van een AC, geleidt de traic alleen zolang de poort verbonden blijft met een kleine voedingsingang. Zodra het poortsignaal is verwijderd, blijft de triac nog steeds ingeschakeld, maar alleen totdat de AC-golfvormcyclus de nuldoorgangslijn bereikt.

Zodra de AC-voeding de nullijn bereikt, schakelt de triac zichzelf en de aangesloten belasting permanent UIT, totdat het poortsignaal weer wordt aangeboden.

Triacs kunnen worden gebruikt voor het besturen van de meeste huishoudelijke apparaten, samen met motoren en pompen.

Hoewel triacs ook worden gecategoriseerd op basis van hun huidige verwerkingscapaciteit of classificatie zoals SCR's, zijn SCR's over het algemeen verkrijgbaar met veel hogere stroomwaarden dan een triac.

Halfgeleider Lichtgevende apparaten

Bij blootstelling aan hoge niveaus door licht, warmte, elektronen en soortgelijke energieën, vertonen de meeste halfgeleiders de neiging om licht uit te zenden met een zichtbare golflengte van de mens of een IR-golflengte.

De halfgeleiders die hiervoor bij uitstek geschikt zijn, zijn degene die in de familie van p-n junctiediodes voorkomen.

Light-emitting diodes (LED) doen dit door elektrische stroom direct om te zetten in zichtbaar licht. LED is buitengewoon efficiënt met zijn stroom-naar-lichtconvresie dan elke andere vorm van lichtbron.

Witte hoge heldere LED's worden gebruikt voor huisverlichting doeleinden, terwijl de kleurrijke LED's worden gebruikt in decoratieve toepassingen.

De LED-intensiteit kan worden geregeld door de DC-ingang lineair of door te verlagen pulsbreedtemodulatie input ook wel PWM genoemd.

Halfgeleiderlichtdetectoren

Wanneer enige vorm van energie in contact komt met een halfgeleiderkristal, leidt dit tot het genereren van een stroom in het kristal. Dit is het basisprincipe achter de werking van alle halfgeleiderlichtsensorinrichtingen.

Halfgeleiderlichtdetectoren kunnen worden onderverdeeld in hoofdtypen:

Degenen die zijn gebouwd met behulp van pn-junctiehalfgeleiders en de andere die dat niet zijn.

In deze toelichting behandelen we alleen de p-n-varianten. Op P-n-junctie gebaseerde lichtdetectoren zijn het meest gebruikte lid van de fotonische halfgeleiderfamilie.

De meeste zijn gemaakt van silicium en kunnen zowel zichtbaar licht als bijna-infrarood detecteren.

Fotodiodes:

Fotodiodes zijn speciaal ontworpen voor elektronische projecten die zijn ontworpen om licht te detecteren. Je vindt ze in allerlei gadgets zoals in camera's, inbraakalarm ​ Leven communicatie, etc.

In de lichtdetectormodus werkt een fotodiode door een gat of elektronen te genereren op een pn-overgang. Hierdoor gaat de stroom bewegen zodra de klemmen aan de p- en n-overgangszijde zijn aangesloten op een externe voeding.

Bij gebruik in de fotovoltaïsche modus werkt de fotodiode als een stroombron in aanwezigheid van invallend licht. In deze toepassing begint de inrichting te werken in de omgekeerde bias-modus als reactie op een lichte verlichting.

Bij afwezigheid van licht vloeit nog steeds een minieme hoeveelheid stroom, bekend als 'donkerstroom'.

Een fotodiode wordt over het algemeen in veel verschillende verpakkingsontwerpen vervaardigd. Ze zijn meestal verkrijgbaar in plastic behuizing, voorgeïnstalleerde lens en filter, enzovoort.

De belangrijkste differentiatie is de afmeting van de halfgeleider die voor het apparaat wordt gebruikt. Fotodiodes die bedoeld zijn voor reactietijden met hoge snelheid in de fotogeleidende werking met omgekeerde voorspanning, worden gebouwd met behulp van een halfgeleider met een klein oppervlak.

Fotodiodes met een groter oppervlak hebben de neiging om een ​​beetje traag te reageren, maar hebben mogelijk de mogelijkheid om een ​​hogere mate van gevoeligheid te leveren voor de lichtbelichting.

De fotodiode en de LED delen een identiek schematisch symbool, behalve de richting van de pijlen die naar binnen gericht zijn voor de fotodiode. Fotodiodes zijn doorgaans gewend om snel variërende pulsen te herkennen, zelfs bij nabij-infrarode golflengten, zoals bij lichtgolfcommunicatie.

De onderstaande schakeling illustreert de manier waarop de fotodiode mogelijk kan worden toegepast in een lichtmeteropstelling. De outputresultaten van dit circuit zijn vrij lineair.

Fototransistors

Fototransistoren worden toegepast in elektronische projecten die een hogere gevoeligheid vereisen. Deze apparaten zijn exclusief gemaakt om gebruik te maken van de gevoeligheid voor licht in alle transistors. Over het algemeen is een fototransistor te vinden in een npn-apparaat met een brede basissectie die kan worden blootgesteld aan licht.

Licht dat in de basis komt, neemt de plaats in van de natuurlijke basis-emitterstroom die bestaat in normale npn-transistors.

Dankzij deze functie kan een fototransistor de lichtvariaties onmiddellijk versterken. Er zijn typisch twee soorten npn-fototransistoren die kunnen worden verkregen. De ene is met een standaard npn-structuur, de alternatieve variant wordt geleverd met een extra npn-transistor om extra versterking te bieden, en staat bekend als een 'photodarlington'-transistor.

Deze zijn extreem gevoelig, hoewel een beetje traag in vergelijking met gewone npn-fototransistor. De schematische symbolen die over het algemeen worden gebruikt voor fototransistors, zijn als volgt:

Fototransistoren worden vrij vaak toegepast om wisselende (wisselstroom) lichtimpulsen te detecteren. Ze worden bovendien gebruikt om continu (gelijkstroom) licht te identificeren, zoals het volgende circuit waar een fotodarlington wordt toegepast om een ​​relais te activeren.

Deze tutorial zal regelmatig worden bijgewerkt met nieuwe componentenspecificaties, dus blijf op de hoogte.