Elementare Elektronik erklärt

Für einen Anfänger in der Elektronik, das Bauen grundlegende elektronische Projekte von einem Schaltplan könnte überwältigend sein. Diese Kurzanleitung soll Neulingen helfen, indem sie ihnen praktische Details zu elektronischen Teilen sowie zu Techniken zum Erstellen von Schaltkreisen ermöglicht. Wir werden elementare Teile wie Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten, Transformatoren und Potentiometer untersuchen.

WIDERSTÄNDE

Ein Widerstand ist ein Teil, der Energie normalerweise durch Wärme abführt. Die Implementierung wird durch die als Ohmsches Gesetz bekannte Beziehung definiert: V = I X R wobei V die Spannung über dem Widerstand in Volt ist, I sich auf den Strom durch den Widerstand in Ampere bezieht und R der Widerstandswert in Ohm ist. Die Darstellungen für einen Widerstand sind in Abb. 1.1 dargestellt.

Entweder können wir Verwenden Sie einen Widerstand um die Spannung an einer bestimmten Stelle in der Schaltung zu ändern, oder wir könnten sie anwenden, um den Strom an einer gewünschten Stelle der Schaltung zu ändern.

Der Wert des Widerstands kann durch die farbigen Ringe um ihn herum identifiziert werden. Sie finden 3 Grundringe oder -bänder, die uns diese Details vermitteln (Abb. 1.2).

Die Bänder sind mit bestimmten Farben bemalt und jedes farbige Band repräsentiert eine Zahl, wie in Tabelle 1.1 angegeben. Wenn beispielsweise die Bänder braun, rot und orange sind, beträgt der Wert des Widerstands 12 x 1,00,0 oder 12.000 Ohm. 1.000 Ohm werden normalerweise als Kiloohm oder k bezeichnet, während 1.000.000 als Megaohm oder MOhm bezeichnet werden.

Der letzte farbige Ring oder das letzte farbige Band gibt die Toleranzgröße des Widerstands für den jeweiligen Widerstandswert an. Gold weist eine Toleranz von + oder - 5 Prozent (± 5%) auf, Silber bedeutet, dass es + oder - 10 Prozent (± 10%) beträgt. Wenn Sie kein Tolrance-Band finden, bedeutet dies normalerweise, dass die Toleranz ± 20 Prozent beträgt.

Im Allgemeinen kann die Leistung umso größer sein, je größer der Widerstand ist. Die Nennleistung in Watt kann von 1/8 W bis zu vielen Watt abweichen. Diese Leistung ist im Wesentlichen das Produkt aus Spannung (V) und Strom (I), die durch den Widerstand fließen.

Unter Anwendung des Ohmschen Gesetzes können wir die von einem Widerstand abgegebene Leistung (P) als P = V X I = I ^ 2R = V ^ 2 / R bestimmen, wobei R der Wert des Widerstands ist. Bei der Arbeit mit einem Widerstand, der praktisch größer als die erforderlichen Spezifikationen sein kann, werden Sie keinen elektrischen negativen Aspekt feststellen.

Der einzige kleine Nachteil könnte in Form von erhöhten mechanischen Abmessungen und möglicherweise höheren Kosten bestehen.

Kondensatoren

Der frühere Name für einen Kondensator war früher ein Kondensator, obwohl der heutige Name eher mit seiner tatsächlichen Funktion zusammenhängt. Ein Kondensator ist mit einer 'Kapazität' zum Speichern elektrischer Energie ausgelegt.

Die Grundfunktion eines Kondensators besteht darin, den Durchgang eines Wechselstroms (Wechselstrom) durch ihn zu ermöglichen, aber einen Gleichstrom (Gleichstrom) zu blockieren.

Eine weitere wichtige Überlegung ist, dass im Fall eines Gleichstroms Die Spannung, beispielsweise durch eine Batterie, wird für einen Moment über einen Kondensator geschaltet. Im Wesentlichen bleibt dieser Gleichstrom weiterhin über den Kondensatorleitungen, bis entweder ein Element wie ein Widerstand darüber angeschlossen wird oder Sie möglicherweise die Kondensatoranschlüsse kurzschließen miteinander bewirkt, dass sich die gespeicherte Energie entlädt.

KONSTRUKTION

Im Allgemeinen besteht ein Kondensator aus einem Plattenpaar, das durch einen Isolierinhalt getrennt ist, der als Dielektrikum bekannt ist.

Das Dielektrikum kann durch Luft, Papier, Keramik, Polystyrol oder irgendein anderes geeignetes Material gebildet werden. Für größere Kapazitätswerte wird ein Elektrolyt für die dielektrische Trennung verwendet. Diese elektrolytische Substanz hat die Fähigkeit, elektrische Energie mit großer Effizienz zu speichern.

Für die kapazitive Funktion ist üblicherweise ein konstanter Gleichstrom erforderlich. Aus diesem Grund finden wir in Schaltplänen die positive Leitung des Kondensators als weißen Block und die negative Seite als schwarzen Block.

Variable oder einstellbare Kondensatoren umfassen Drehflügel, die durch einen Luftspalt oder einen Isolator wie Glimmer getrennt sind. Wie sehr sich diese Flügel überlappen, bestimmt die Größe der Kapazität und dies kann durch Bewegen der Spindel des variablen Kondensators variiert oder eingestellt werden.

Die Kapazität wird gemessen in Farads. Ein Ein-Farad-Kondensator könnte jedoch für jede praktische Verwendung wesentlich groß sein. Daher werden Kondensatoren entweder in Mikrofarad (uF), Nanofarad (nF) oder in Picofarad (pF) bezeichnet.

Eine Million Picofarad entspricht einer einzelnen Mikrofarad, und eine Million Mikrofarad entspricht einer Farad-Größe. Obwohl Nanofarad (nF) nicht sehr häufig verwendet werden, repräsentiert ein Nanofarad tausend Picofarad.

Gelegentlich finden Sie kleinere Kondensatoren mit Farbcodes, genau wie die Widerstände.

Für diese konnten die Werte in pF bestimmt werden, wie in der nebenstehenden Farbkarte gezeigt. Das Bandpaar unten liefert die Toleranz und die maximal bearbeitbare Spannung des Kondensators.

Es ist unbedingt zu beachten, dass die auf dem Kondensatorkörper aufgedruckte Nennspannung die absolut maximal tolerierbare Spannungsgrenze des Kondensators darstellt, die niemals überschritten werden darf. Auch wenn es sich um Elektrolytkondensatoren handelt, muss die Polarität sorgfältig geprüft und entsprechend verlötet werden.

INDUKTOREN

In elektronischen Schaltkreisen Induktor Die Arbeitseigenschaften sind genau das Gegenteil von Kondensatoren. Induktivitäten neigen dazu, einen Gleichstrom durch sie zu leiten, versuchen jedoch, Wechselstrom entgegenzuwirken oder ihm zu widerstehen. Sie liegen normalerweise in Form von superlackierten Kupferdrahtspulen vor, die normalerweise um einen Former gewickelt sind.

Für die Schaffung von hohem Wert Induktoren Ein Eisenmaterial wird normalerweise als Kern eingeführt oder kann wie eine Abdeckung installiert werden, die die Spule von außen umgibt.

Ein wichtiges Merkmal des Induktors ist seine Fähigkeit, eine 'Back-E-Mf' zu erzeugen. sobald eine angelegte Spannung an einer Induktivität entfernt wird. Dies geschieht normalerweise aufgrund der inhärenten Eigenschaft eines Induktors zum Kompensieren des Verlusts des ursprünglichen Stroms über den Strom.

Die schematischen Symbole des Induktors sind in Abb. 1.5 zu sehen. Die Einheit der Induktivität ist der Henry, obwohl normalerweise Millihenrys oder Microhenrys (mH bzw.) für verwendet werden Induktivitäten messen in praktischen Anwendungen.

Eine Millihenry hat 1000 Mikrohenry, während tausend Millihenry einem Henry entsprechen. Induktivitäten sind eine der Komponenten, die nicht einfach zu messen sind, insbesondere wenn der tatsächliche Wert nicht gedruckt wird. Auch diese werden noch komplexer zu messen, wenn diese zu Hause mit nicht standardmäßigen Parametern erstellt werden.

Wenn Induktoren zum Blockieren von Wechselstromsignalen verwendet werden, werden sie als Hochfrequenzdrosseln oder HF-Drosseln (RFC) bezeichnet. Induktivitäten werden mit Kondensatoren verwendet, um abgestimmte Schaltkreise zu bilden, die nur das berechnete Frequenzband zulassen und den Rest blockieren.

ABGESTIMMTE SCHALTUNGEN

Eine abgestimmte Schaltung (Abb. 1.6), an der eine Induktivität L und ein Kondensator C beteiligt sind, ermöglicht im Wesentlichen entweder, dass sich eine bestimmte Frequenz über alle anderen Frequenzen bewegt und diese blockiert, oder blockiert einen bestimmten Frequenzwert und lässt alle anderen durch durch.

Ein Maß für die Selektivität eines abgestimmten Schaltkreises, das den Frequenzwert ermittelt, wird zu seinem Q-Faktor (für die Qualität).

Dieser abgestimmte Wert der Frequenz wird auch als Resonanzfrequenz (f0) bezeichnet und in Hertz oder Zyklen pro Sekunde gemessen.

Ein Kondensator und eine Induktivität können in Reihe oder parallel verwendet werden, um a zu bilden Resonanzkreis (Abb. 1.6.a). Eine in Reihe abgestimmte Schaltung kann im Vergleich zu einer parallel abgestimmten Schaltung (Abb. 1.6.b) einen geringen Verlust aufweisen.

Wenn wir hier den Verlust erwähnen, bezieht er sich normalerweise auf das Verhältnis der Spannung über das Netzwerk zum Strom, der durch das Netzwerk fließt. Dies wird auch als Impedanz (Z) bezeichnet.

Die alternativen Namen für diese Impedanz für bestimmte Komponenten können in Form von z.B. Widerstand (R) für Widerstände und Reaktanz (X) für Induktivitäten und Kondensatoren.

TRANSFORMER

Transformatoren werden verwendet zum Erhöhen einer Eingangswechselspannung / eines Wechselstroms auf höhere Ausgangspegel oder zum Herabsetzen derselben auf niedrigere Ausgangspegel. Diese Arbeitsweise gewährleistet gleichzeitig eine vollständige elektrische Isolation zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangswechselstrom. In Abb. 1.7 sind einige Transformatoren zu sehen.

Hersteller kennzeichnen alle Details auf der Primär- oder Eingabeseite durch das Suffix '1'. Die Sekundär- oder Ausgangsseite wird durch das Suffix '2' bezeichnet. T1 und T2 geben die Anzahl der Windungen auf der Primär- und Sekundärseite entsprechend an. Dann:

Wenn ein Transformator ist ausgelegt Zum Absenken des Netzes von 240 V auf eine niedrigere Spannung, beispielsweise 6 V, umfasst die Primärseite eine relativ höhere Anzahl von Windungen unter Verwendung eines dünneren Drahtes, während die Sekundärseite unter Verwendung einer relativ geringeren Anzahl von Windungen, jedoch unter Verwendung eines viel dickeren Drahtes aufgebaut ist.

Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die höhere Spannung einen proportional niedrigeren Strom und daher einen dünneren Draht beinhaltet, während die niedrigere Spannung einen proportional höheren Strom und daher einen dickeren Draht beinhaltet. Die primären und sekundären Nettowattwerte (V x I) sind bei einem idealen Transformator nahezu gleich.

Wenn die Transformatorwicklung einen Drahtabgriff aufweist, der aus einer der Windungen herausgezogen wird (Abb. 1.7.b), führt dies zu einer Aufteilung der Wicklungsspannung über den Abgriff, die proportional zur Anzahl der Windungen an der Wicklung ist, die durch einen Draht mit mittlerem Abgriff getrennt sind.

Die Nettospannungsgröße über die gesamte Sekundärwicklung von Ende zu Ende entspricht weiterhin der oben gezeigten Formel

Wie groß ein Transformator sein kann, hängt von der Größe seiner Sekundärstromspezifikation ab. Wenn die Stromspezifikation größer ist, werden auch die Transformatorabmessungen proportional größer.

Es gibt auch Miniaturtransformatoren für Hochfrequenzschaltungen wie Radios, Sender usw. und sie haben einen eingebauten Kondensator über der Wicklung angebracht.

Verwendung von Halbleitern in elektronischen Projekten

Durch: Wald M. Mims

Das Bauen und Experimentieren mit elektronischen Projekten kann sich lohnen, ist aber eine große Herausforderung. Es wird noch befriedigender, wenn Sie als Hobbyist Beenden Sie den Bau eines Schaltungsprojekts, schalten Sie es ein und finden Sie ein nützliches Arbeitsmodell, das aus einer Handvoll Junk-Komponenten entwickelt wurde. Dadurch fühlen Sie sich wie ein Schöpfer, während das erfolgreiche Projekt Ihre enormen Anstrengungen und Kenntnisse auf dem jeweiligen Gebiet zeigt.

Dies kann nur sein, um Spaß in der Freizeit zu haben. Einige andere möchten möglicherweise ein Projekt durchführen, das noch nicht hergestellt wurde, oder ein elektronisches Marktprodukt in eine innovativere Version umwandeln.

Um Erfolg zu haben oder einen Schaltungsfehler zu beheben, müssen Sie sich mit der Funktionsweise der verschiedenen Komponenten und der korrekten Implementierung in praktischen Schaltungen auskennen. OK, also kommen wir zum Punkt.

In diesem Tutorial beginnen wir mit Halbleitern.

Wie Halbleiter wird mit Silizium erstellt

Sie finden eine Vielzahl von halbleitenden Komponenten, aber Silizium, das Hauptelement von Sand, gehört zu den bekanntesten Elementen. Ein Siliziumatom besteht aus nur 4 Elektronen in seiner äußersten Hülle.

Es kann jedoch durchaus sein, 8 davon zu bekommen. Infolgedessen arbeitet ein Siliziumatom mit seinen benachbarten Atomen zusammen, um Elektronen auf folgende Weise zu teilen:

Wenn eine Gruppe von Siliziumatomen ihre äußeren Elektronen teilt, entsteht eine Anordnung, die als Kristall bekannt ist.

Die folgende Zeichnung zeigt einen Siliziumkristall mit nur seinen äußeren Elektronen. In seiner reinen Form bietet Silizium keinen nützlichen Zweck.

Aus diesem Grund verbessern Hersteller diese Artikel auf Siliziumbasis mit Phosphor, Bor und zusätzlichen Inhaltsstoffen. Dieser Prozess wird als 'Dotierung' von Silizium bezeichnet. Sobald die Dotierung von Silizium implementiert ist, wird es mit nützlichen elektrischen Eigenschaften verbessert.

P- und N-dotiertes Silizium : Elemente wie Bor, Phosphor, können effektiv zur Kombination mit Siliziumatomen zur Herstellung von Kristallen verwendet werden. Hier ist der Trick: Ein Boratom enthält nur 3 Elektronen in seiner Außenhülle, während ein Phosphoratom 5 Elektronen enthält.

Wenn Silizium mit einigen Phosphorelektronen kombiniert oder dotiert wird, wandelt es sich in Silizium vom n-Typ um (n = negativ). Wenn Silizium mit Boratomen fusioniert wird, denen ein Elektron fehlt, wird das Silizium in ein Silizium vom p-Typ (p = positiv) umgewandelt.

Silizium vom P-Typ. Wenn das Boratom mit einem Cluster von Siliziumatomen dotiert ist, entsteht ein leerer Elektronenhohlraum, der als 'Loch' bezeichnet wird.

Dieses Loch ermöglicht es einem Elektron aus einem benachbarten Atom, in den Schlitz (Loch) zu 'fallen'. Dies bedeutet, dass ein 'Loch' seine Position an einen neuen Ort geändert hat. Denken Sie daran, dass Löcher leicht über Silizium schweben können (auf die gleiche Weise, wie sich Blasen auf Wasser bewegen).

Silizium vom N-Typ. Wenn ein Phosphoratom mit einem Cluster von Siliziumatomen kombiniert oder dotiert wird, liefert das System ein zusätzliches Elektron, das relativ bequem über den Siliziumkristall übertragen werden kann.

Aus der obigen Erklärung verstehen wir, dass ein Silizium vom n-Typ den Durchgang von Elektronen erleichtert, indem es bewirkt, dass Elektronen von einem Atom zum anderen springen.

Andererseits ermöglicht ein Silizium vom p-Typ auch den Durchgang von Elektronen, jedoch in die entgegengesetzte Richtung. Denn bei einem p-Typ sind es die Löcher oder die freien Elektronenschalen, die die Verlagerung der Elektronen verursachen.

Es ist, als würde man eine Person vergleichen, die auf dem Boden läuft, und eine Person, die auf einem Boden läuft Laufband . Wenn eine Person auf dem Boden läuft, bleibt der Boden Schreibwaren und die Person bewegt sich vorwärts, während auf dem Laufband die Person Schreibwaren bleibt, bewegt sich der Boden rückwärts. In beiden Situationen durchläuft die Person eine relative Vorwärtsbewegung.

Dioden verstehen

Dioden können mit Ventilen verglichen werden und spielen daher in elektronischen Projekten eine entscheidende Rolle bei der Steuerung der Stromflussrichtung innerhalb einer Schaltungskonfiguration.

Wir wissen, dass sowohl n- als auch p-Silizium die Fähigkeit haben, Elektrizität zu leiten. Der Widerstand beider Varianten hängt vom Prozentsatz der Löcher oder den zusätzlichen Elektronen ab, die sie besitzen. Infolgedessen können sich die beiden Typen möglicherweise auch wie Widerstände verhalten, den Strom begrenzen und ihn nur in eine bestimmte Richtung fließen lassen.

Durch die Erzeugung vieler Silizien vom p-Typ innerhalb einer Basis aus Silizium vom n-Typ können Elektronen daran gehindert werden, sich in nur einer Richtung über das Silizium zu bewegen. Dies ist die genaue Arbeitsbedingung, die in Dioden beobachtet werden kann, die mit einer pn-Übergangs-Siliziumdotierung erzeugt werden.

Wie die Diode funktioniert

Die folgende Abbildung hilft uns dabei, eine einfache Erklärung zu erhalten, wie eine Diode in einer einzigen Richtung (vorwärts) auf Elektrizität reagiert, und stellt sicher, dass Elektrizität in entgegengesetzter Richtung blockiert wird (rückwärts).

In der ersten Abbildung bewirkt die Batteriepotentialdifferenz, dass sich Löcher und Elektronen in Richtung des pn-Übergangs abstoßen. Wenn der Spannungspegel über 0,6 V (für eine Siliziumdiode) steigt, werden Elektronen dazu angeregt, über den Übergang zu springen und mit den Löchern zu verschmelzen, wodurch eine Stromladung übertragen werden kann.

In der zweiten Abbildung bewirkt die Batteriepotentialdifferenz, dass die Löcher und die Elektronen von der Verbindungsstelle weggezogen werden. Diese Situation verhindert, dass der Ladungs- oder Stromfluss seinen Weg blockiert. Dioden sind typischerweise in winzigen zylindrischen Glasgehäusen eingekapselt.

Ein dunkles oder weißliches kreisförmiges Band, das um ein Ende des Diodenkörpers markiert ist, kennzeichnet seinen Kathodenanschluss. Der andere Anschluss wird natürlich zum Anodenanschluss. Das obige Bild zeigt sowohl die physikalische Ummantelung der Diode als auch ihr schematisches Symbol.

Wir haben inzwischen verstanden, dass eine Diode mit einem elektronischen Einwegschalter verglichen werden kann. Sie müssen noch einige weitere Faktoren der Diodenfunktion vollständig erfassen.

Im Folgenden sind einige wichtige Punkte aufgeführt:

1. Eine Diode darf keinen Strom leiten, bis die angelegte Durchlassspannung einen bestimmten Schwellenwert erreicht.

Für Siliziumdioden beträgt sie ungefähr 0,7 Volt.

2. Wenn der Durchlassstrom zu hoch oder über dem angegebenen Wert liegt, kann die Halbleiterdiode platzen oder brennen! Und die internen Anschlusskontakte könnten sich auflösen.

Wenn das Gerät brennt, kann die Diode plötzlich eine Leitung über beide Anschlussrichtungen zeigen. Die durch diese Fehlfunktion erzeugte Wärme kann das Gerät eventuell verdampfen lassen!

3. Eine übermäßige Sperrspannung kann dazu führen, dass eine Diode in die entgegengesetzte Richtung leitet. Da diese Spannung ziemlich groß ist, kann der unerwartete Stromstoß die Diode reißen.

Diodentypen und -verwendungen

Dioden sind in vielen verschiedenen Formen und Spezifikationen erhältlich. Im Folgenden sind einige wichtige Formen aufgeführt, die üblicherweise in Stromkreisen verwendet werden:

Kleinsignaldiode: Diese Arten von Dioden können für die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom bei niedrigem Strom verwendet werden, z Erkennen oder Demodulieren von HF-Signalen in Spannung Multiplikatoranwendung , logische Operationen zum Neutralisieren von Hochspannungsspitzen usw. zur Herstellung von Leistungsgleichrichtern.

Leistungsgleichrichter Dioden : haben ähnliche Eigenschaften und Eigenschaften wie eine kleine Signaldiode, diese sind jedoch für ausgelegt mit erheblichen Stromstärken umgehen . Diese sind über großen Metallgehäusen montiert, die dazu beitragen, unerwünschte Wärme zu absorbieren, abzuleiten und auf eine angebrachte Kühlkörperplatte zu verteilen.

Leistungsgleichrichter sind meist in Netzteilen zu sehen. Übliche Varuanten sind 1N4007, 1N5402 / 5408, 6A4 usw.

Zenerdiode : Dies ist ein spezieller Diodentyp, der durch eine bestimmte Durchbruchspannung gekennzeichnet ist. Das heißt, Zenerdioden können wie ein Spannungsbegrenzungsschalter arbeiten. Zenerdioden sind mit absoluten Durchbruchspannungen (Vz) ausgelegt, die zwischen 2 und 200 Volt liegen können.

Leuchtdiode oder LEDs : Alle Arten von Dioden haben die Eigenschaft, etwas elektromagnetische Strahlung zu emittieren, wenn sie an eine Vorwärts-Bais-Spannung angelegt werden.

Die Dioden, die unter Verwendung von Halbleitermaterialien wie Galliumarsenidphosphid hergestellt werden, können jedoch im Vergleich zu normalen Siliziumdioden wesentlich mehr Strahlung emittieren. Diese werden als Leuchtdioden oder LEDs bezeichnet.

Fotodiode : So wie Dioden Strahlung emittieren, weisen sie auch eine gewisse Leitfähigkeit auf, wenn sie von einer externen Lichtquelle beleuchtet werden.
Die Dioden, die speziell zum Erfassen und Reagieren von Licht oder Beleuchtung entwickelt wurden, werden jedoch als Fotodioden bezeichnet.

Sie verfügen über ein Glas- oder Kunststofffenster, durch das das Licht in den lichtempfindlichen Bereich der Diode gelangen kann.

Typischerweise haben diese eine große Verbindungsfläche für die erforderliche Belichtung.

Silizium erleichtert die Herstellung effizienter Fotodioden.

Verschiedene Arten von Dioden sind in sehr vielen Anwendungen weit verbreitet. Lassen Sie uns vorerst einige wichtige Funktionen für Kleinsignale diskutieren Dioden und Gleichrichter ::

Die erste ist eine Einwellengleichrichterschaltung, durch die ein Wechselstrom mit einer variierenden Versorgung mit doppelter Polarität in ein Signal oder eine Spannung mit einfacher Polarität (Gleichstrom) gleichgerichtet wird.

Die zweite Konfiguration ist die Vollweggleichrichterschaltung, die eine Vier-Dioden-Konfiguration umfasst und auch als bezeichnet wird Brückengleichrichter . Dieses Netzwerk kann beide Hälften eines Wechselstromeingangssignals gleichrichten.

Beachten Sie die Unterscheidung der beiden Schaltkreise im Endergebnis. In der Halbwellenschaltung erzeugt nur ein Zyklus des Eingangs AC einen Ausgang, während in der Vollbrücke beide Halbzyklen in einen Gleichstrom mit einer einzigen Polarität umgewandelt werden.

Der Transistor

Ein elektronisches Projekt kann ohne einen Transistor, der tatsächlich den Grundbaustein der Elektronik bildet, praktisch nicht abgeschlossen werden.

Transistoren sind Halbleiterbauelemente mit drei Anschlüssen oder Leitungen. Eine außergewöhnlich kleine Strommenge oder Spannung an einer der Leitungen ermöglicht die Steuerung einer wesentlich größeren Strommenge durch die beiden anderen Leitungen.

Dies bedeutet, dass Transistoren am besten als Verstärker und Schaltregler geeignet sind. Sie finden zwei Hauptgruppen von Transistoren: bipolar (BJT) und Feldeffekt (FET).

In dieser Diskussion konzentrieren wir uns nur auf Bipolartransistoren BJT. Einfach ausgedrückt, durch Hinzufügen eines komplementären Übergangs zu einer pn-Übergangsdiode wird es möglich, ein 3-Kompartiment-Silizium-Sandwich zu erzeugen. Diese Sandwich-ähnliche Formation kann entweder n-p-n oder p-n-p sein.

In beiden Fällen funktioniert der Mittelteilbereich wie ein Abgriff- oder Steuersystem, das die Menge der Elektronen oder die Ladungsverschiebung über die drei Schichten reguliert. Die 3 Abschnitte eines Bipolartransistors sind der Emitter, die Basis und der Kollektor. Der Basisbereich kann ziemlich dünn sein und hat im Vergleich zu Emitter und Kollektor viel weniger Dotierungsatome.

Infolgedessen führt ein stark reduzierter Emitter-Basisstrom dazu, dass sich ein signifikant größerer Emitter-Kollektor-Strom bewegt. Dioden und Transistoren sind ähnlich mit vielen entscheidenden Eigenschaften:

Der Basis-Emitter-Übergang, der einem Diodenübergang ähnelt, ermöglicht keinen Elektronentransfer, es sei denn, die Durchlassspannung überschreitet 0,7 Volt. Übermäßige Strommenge bewirkt eine Erwärmung des Transistors und eine effiziente Leistung.

Wenn die Transistortemperatur erheblich ansteigt, muss der Stromkreis möglicherweise ausgeschaltet werden! Schließlich kann eine übermäßige Menge an Strom oder Spannung eine dauerhafte Beschädigung des Semikondiktormaterials verursachen, aus dem der Transistor besteht.

Heute gibt es verschiedene Arten von Transistoren. Häufige Beispiele sind:

Kleinsignal und Schalten : Diese Transistoren werden zum Verstärken von Eingangssignalen mit niedrigem Pegel auf relativ größere Pegel verwendet. Schalttransistoren werden erstellt, um entweder vollständig einzuschalten oder vollständig auszuschalten. Mehrere Transistoren können gleichermaßen zum Verstärken und Schalten gleichermaßen verwendet werden.

Leistungstransistor : Diese Transistoren werden in Hochleistungsverstärkern und Netzteilen eingesetzt. Diese Transistoren sind in der Regel groß und haben ein verlängertes Metallgehäuse, um eine größere Wärmeableitung und Kühlung zu ermöglichen und um Kühlkörper einfach zu installieren.

Hochfrequenz : Diese Transistoren werden hauptsächlich für HF-basierte Geräte wie Radios, Fernseher und Mikrowellen verwendet. Diese Transistoren sind mit einem dünneren Basisbereich aufgebaut und haben reduzierte Körperabmessungen. Die schematischen Symbole für die npn- und pnp-Transistoren sind nachstehend aufgeführt:

Denken Sie daran, dass das Pfeilzeichen, das den Emitterstift anzeigt, immer in Strömungsrichtung der Löcher zeigt. Wenn das Pfeilzeichen eine Richtung anzeigt, die der Basis entgegengesetzt ist, hat der BJT einen Emitter, der aus n-Typ-Material besteht.

Dieses Vorzeichen kennzeichnet den Transistor spezifisch als eine n-p-n-Vorrichtung mit einer Basis, die ein Material vom p-Typ aufweist. Wenn andererseits die Pfeilmarkierung zur Basis zeigt, zeigt dies an, dass die Basis aus n-Typ-Material besteht, und gibt an, dass sowohl der Emitter als auch der Kollektor aus p-Typ-Material bestehen und das Gerät folglich ist ein pnp BJT.

Wie man Verwenden Sie Bipolartransistoren

Wenn ein Massepotential oder 0 V an die Basis eines npn-Transistors angelegt wird, verhindert dies den Stromfluss über die Emitter-Kollektor-Anschlüsse und der Transistor wird ausgeschaltet.

Wenn die Basis durch Anlegen einer Potentialdifferenz von mindestens 0,6 Volt an die Basisemitterstifte des BJT in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird, leitet sie sofort den Stromfluss vom Emitter zu den Kollektoranschlüssen ein, und der Transistor wird als geschaltet bezeichnet. auf.'

Während BJTs nur mit diesen beiden Methoden betrieben werden, arbeitet der Transistor wie ein EIN / AUS-Schalter. Wenn die Basis in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, hängt die Größe des Emitter-Kollektor-Stroms von den relativ kleineren Variationen des Basisstroms ab.

Das Der Transistor arbeitet in solchen Fällen wie ein Verstärker . Dieses spezielle Thema bezieht sich auf einen Transistor, bei dem der Emitter der gemeinsame Erdungsanschluss für das Eingangs- und das Ausgangssignal sein soll, und wird als bezeichnet Common-Emitter-Schaltung . Einige grundlegende Common-Emitter-Schaltungen können anhand der folgenden Diagramme dargestellt werden.

Transistor als Schalter

Diese Schaltungskonfiguration akzeptiert nur zwei Arten von Eingangssignalen, entweder ein 0-V- oder ein Erdungssignal oder eine positive Spannung + V über 0,7 V. Daher kann in diesem Modus der Transistor entweder ein- oder ausgeschaltet werden. Der Widerstand an der Basis kann zwischen 1K und 10K Ohm liegen.

Transistor-Gleichstromverstärker

In dieser Schaltung die variabler Widerstand Erzeugt eine Vorwärtsvorspannung zum Transistor und reguliert die Größe des Basis- / Emitterstroms. Der Meter zeigt die Strommenge über die Kollektor-Emitter-Leitungen geliefert.

Der Serienwiderstand des Messgeräts gewährleistet die Sicherheit des Messgeräts gegen übermäßigen Strom und verhindert eine Beschädigung der Messspule.

In einer realen Anwendungsschaltung kann das Potentiometer mit einem Widerstandssensor ergänzt werden, dessen Widerstand in Reaktion auf einen externen Faktor wie Licht, Temperatur, Feuchtigkeit usw. variiert.

In Situationen, in denen sich die Eingangssignale schnell ändern, wird eine Wechselstromverstärkerschaltung anwendbar, wie nachstehend erläutert:

Transistor-Wechselstromverstärker

Das Schaltbild zeigt eine sehr einfache transistorisierte Wechselstromverstärkerschaltung. Der am Eingang positionierte Kondensator verhindert, dass irgendeine Form von Gleichstrom in die Basis gelangt. Der für die Basisvorspannung angelegte Widerstand wird berechnet, um eine Spannung herzustellen, die die Hälfte des Versorgungspegels beträgt.

Das Signal, das verstärkt wird, gleitet entlang dieser konstanten Spannung und ändert seine Amplitude über und unter diesem Aktualisierungsspannungspegel.

Wenn der Vorspannungswiderstand nicht verwendet würde, würde nur die Hälfte der Versorgung über 0,7 V verstärkt, was zu starken unangenehmen Verzerrungen führen würde.

In Bezug auf die Stromrichtung

Wir wissen, dass Elektronen, die sich durch einen Leiter bewegen, einen Stromfluss durch den Leiter erzeugen.

Da die Bewegung von Elektronen technisch gesehen tatsächlich von einem negativ geladenen Bereich zu einem positiv geladenen Bereich erfolgt, warum scheint dann die Pfeilmarkierung in einem Diodensymbol einen entgegengesetzten Elektronenfluss anzuzeigen.

Dies kann mit ein paar Punkten erklärt werden.

1) Nach der ursprünglichen Theorie von Benjamin Franklin wurde angenommen, dass der Stromfluss vom positiven zum negativ geladenen Bereich verläuft. Sobald jedoch Elektronen entdeckt wurden, enthüllte sie die tatsächliche Wahrheit.

Trotzdem blieb die Wahrnehmung unverändert, und die Schaltpläne folgten weiterhin der herkömmlichen Vorstellung, in der der Stromfluss von positiv nach negativ dargestellt wird, weil es uns irgendwie schwierig macht, die Ergebnisse zu simulieren, wenn wir das Gegenteil denken.

2) Im Fall von Halbleitern sind es tatsächlich die Löcher, die sich entgegengesetzt zu den Elektronen bewegen. Dadurch scheinen sich die Elektronen von positiv nach negativ zu verschieben.

Um genau zu sein, muss angemerkt werden, dass der Stromfluss tatsächlich der Ladungsfluss ist, der durch die Anwesenheit oder Abwesenheit des Elektrons erzeugt wird, aber was das elektronische Symbol betrifft, finden wir einfach, dass der herkömmliche Ansatz leichter zu befolgen ist.

Der Thyristor

Thyristoren sind wie Transistoren auch Halbleiterbauelemente mit drei Anschlüssen, die in vielen elektronischen Projekten eine wichtige Rolle spielen.

So wie ein Transistor mit einem kleinen Strom an einer der Leitungen einschaltet, arbeiten auch Thyristoren auf ähnliche Weise und ermöglichen es, dass ein viel größerer Strom über die beiden anderen komplementären Leitungen geleitet wird.

Der einzige Unterschied besteht darin, dass Thyristoren nicht in der Lage sind, oszillierende Wechselstromsignale zu verstärken. Sie reagieren auf das Steuereingangssignal, indem sie entweder vollständig ein- oder vollständig ausgeschaltet werden. Dies ist der Grund, warum Thyristoren auch als 'Festkörperschalter' bezeichnet werden.

Siliziumgesteuerte Gleichrichter (SCR)

SCRs sind Geräte, die zwei Grundformen von Thyristoren darstellen. Ihre Struktur ähnelt der eines Bipolartransistors, aber SCRs haben eine vierte Schicht, daher drei Übergänge, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Das interne SCR-Layout und das Schaltplansymbol können im folgenden Bild dargestellt werden.

Normalerweise werden SCR-Pinbelegungen mit einzelnen Buchstaben angezeigt: A für Anode, K (oder C) für Kathode und G für Gate.

Wenn der Anodenstift A eines SCR mit einem positiven Potential angelegt wird, das höher als der Kathodenstift (K) ist, werden die beiden äußersten Übergänge in Vorwärtsrichtung vorgespannt, obwohl der zentrale pn-Übergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt bleibt, wodurch jeglicher Stromfluss durch sie verhindert wird.

Sobald jedoch der Gate-Pin G mit einer minimalen positiven Spannung angelegt wird, kann eine viel größere Leistung durch die Anoden / Kathoden-Pins geleitet werden.

Zu diesem Zeitpunkt wird der SCR zwischengespeichert und bleibt eingeschaltet, selbst nachdem die Gate-Vorspannung entfernt wurde. Dies kann unendlich weitergehen, bis die Anode oder die Kathode vorübergehend von der Versorgungsleitung getrennt wird.

Das nächste Projekt unten zeigt einen SCR, der wie ein Schalter zur Steuerung einer Glühlampe konfiguriert ist.

Der Schalter auf der linken Seite ist ein Push-to-OFF-Schalter, dh er öffnet sich beim Drücken, während der rechte Schalter ein Push-to-ON-Schalter ist, der beim Drücken leitet. Wenn dieser Schalter kurz oder nur eine Sekunde lang gedrückt wird, schaltet er die Lampe ein.

Der SCR rastet ein und die Lampe schaltet permanent ein. Um die Lampe in den Ausgangszustand zu versetzen, wird der Schalter auf der linken Seite kurz gedrückt.

SCRs werden mit unterschiedlichen Nennleistungen und Handhabungskapazitäten hergestellt, von 1 Ampere, 100 Volt bis 10 Ampere oder höher und mehreren Hundert Volt.

Triacs

Triacs werden speziell in elektronischen Schaltkreisen verwendet, die eine Hochspannungs-Wechselstromlastschaltung erfordern.

Die innere Struktur eines Triacs sieht tatsächlich aus wie zwei SCRs, die umgekehrt parallel verbunden sind. Dies bedeutet, dass ein Triac die Fähigkeit erhält, Elektrizität sowohl für Gleichstrom- als auch für Wechselstromversorgungen in beide Richtungen zu leiten.

Um dieses Merkmal zu implementieren, wird der Triac unter Verwendung von fünf Halbleiterschichten mit einem zusätzlichen n-Typ-Bereich aufgebaut. Die Triac-Pinbelegungen sind so verbunden, dass jeder Pin mit einem Paar dieser Halbleiterbereiche in Kontakt kommt.

Obwohl der Arbeitsmodus eines Triac-Gate-Anschlusses einem SCR ähnlich ist, wird das Gate nicht speziell auf Anoden- oder Kathodenanschlüsse bezogen, da der Triac in beide Richtungen leiten kann, sodass das Gate mit jedem der Anschlüsse abhängig von aktiviert werden kann ob ein positives Signal oder ein negatives Signal für den Gate-Trigger verwendet wird.

Aus diesem Grund werden die beiden Hauptlastklemmen des Triac als MT1 und MT2 anstelle von A oder K bezeichnet. Die Buchstaben MT beziehen sich auf 'Hauptklemme'. wie im folgenden Schaltplan gezeigt.

Wenn ein Triac zum Schalten eines Wechselstroms verwendet wird, leitet der Traic nur so lange, wie das Gate mit einem kleinen Versorgungseingang verbunden bleibt. Sobald das Gate-Signal entfernt ist, bleibt der Triac weiterhin eingeschaltet, jedoch nur bis der Wechselstrom-Wellenformzyklus die Nulldurchgangslinie erreicht.

Sobald die Wechselstromversorgung die Nulllinie erreicht, schaltet der Triac sich selbst und die angeschlossene Last dauerhaft aus, bis das Gate-Signal erneut angelegt wird.

Triacs können zur Steuerung der meisten Haushaltsgeräte zusammen mit Motoren und Pumpen verwendet werden.

Obwohl Triacs auch nach ihrer aktuellen Handhabungskapazität oder Bewertung wie SCRs kategorisiert werden, sind SCRs im Allgemeinen mit viel höheren Strombewertungen als Triacs erhältlich.

Halbleiter Licht emittierende Geräte

Wenn die meisten Halbleiter durch Licht, Wärme, Elektronen und ähnliche Energien hohen Konzentrationen ausgesetzt werden, neigen sie dazu, Licht mit sichtbarer Wellenlänge oder IR-Wellenlänge zu emittieren.

Die Halbleiter, die hierfür ideal geeignet sind, gehören zur Familie der pn-Sperrschichtdioden.

Leuchtdioden (LED) wandeln dazu elektrischen Strom direkt in sichtbares Licht um. LEDs sind mit ihrer Strom-Licht-Umwandlung extrem effizient als jede andere Form von Lichtquelle.

Weiße, hochhelle LEDs werden für verwendet Hausbeleuchtung Zwecke, während die bunten LEDs in dekorativen Anwendungen verwendet werden.

Die LED-Intensität kann entweder durch lineares Verringern des Eingangs-DC oder durch gesteuert werden Pulsweitenmodulation Eingang auch PWM genannt.

Halbleiterlichtdetektoren

Wenn irgendeine Form von Energie mit einem Halbleiterkristall in Kontakt kommt, führt dies zur Erzeugung eines Stroms im Kristall. Dies ist das Grundprinzip für die Funktionsweise aller Halbleiter-Lichtsensoren.

Halbleiterlichtdetektoren können in Haupttypen eingeteilt werden:

Diejenigen, die unter Verwendung von pn-Übergangshalbleitern aufgebaut sind, und die anderen, die dies nicht sind.

In dieser Erklärung werden nur die p-n-Varianten behandelt. Lichtdetektoren auf Basis von P-n-Übergängen sind das am häufigsten verwendete Mitglied der photonischen Halbleiterfamilie.

Die meisten bestehen aus Silizium und können sowohl sichtbares Licht als auch nahes Infrarot erfassen.

Fotodioden:

Fotodioden sind speziell für elektronische Projekte konzipiert, die zum Erfassen von Licht ausgelegt sind. Sie können sie in allen möglichen Geräten finden, z. B. in Kameras, Alarmanlagen , Wohnen Kommunikation usw.

Im Lichtdetektormodus erzeugt eine Fotodiode ein Loch oder eine Elektronenteilung an einem pn-Übergang. Dies bewirkt, dass sich Strom bewegt, sobald die Klemmen auf der p- und der n-Verbindungsseite an eine externe Versorgung angeschlossen sind.

Bei Verwendung im Photovoltaikmodus wirkt die Fotodiode in Gegenwart eines einfallenden Lichts wie eine Stromquelle. In dieser Anwendung beginnt das Gerät als Reaktion auf eine Lichtbeleuchtung im Sperrmodus zu arbeiten.

In Abwesenheit von Licht fließt immer noch eine winzige Strommenge, die als 'Dunkelstrom' bezeichnet wird.

Eine Fotodiode wird im Allgemeinen in vielen verschiedenen Verpackungsdesigns hergestellt. Sie sind meistens in Kunststoffgehäusen, vorinstallierten Linsen und Filtrationen usw. erhältlich.

Die Hauptunterscheidung ist die Abmessung des Halbleiters, der für das Gerät verwendet wird. Fotodioden, die für Hochgeschwindigkeitsreaktionszeiten im photoleitenden Betrieb mit Sperrvorspannung vorgesehen sind, werden unter Verwendung eines Halbleiters mit kleiner Fläche aufgebaut.

Fotodioden mit größerer Fläche neigen dazu, etwas langsam zu reagieren, können jedoch eine höhere Empfindlichkeit für die Lichtbeleuchtung liefern.

Die Fotodiode und die LED haben das gleiche schematische Symbol, mit Ausnahme der Richtung der Pfeile, die für die Fotodiode nach innen gerichtet sind. Fotodioden sind typischerweise daran gewöhnt, sich schnell ändernde Impulse auch bei Wellenlängen im nahen Infrarot zu erkennen, wie dies bei Lichtwellenkommunikationen der Fall ist.

Die folgende Schaltung zeigt, wie die Fotodiode möglicherweise in einem Belichtungsmesseraufbau angewendet werden könnte. Die Ausgabeergebnisse dieser Schaltung sind ziemlich linear.

Fototransistoren

Fototransistoren werden in elektronischen Projekten eingesetzt, die ein höheres Maß an Empfindlichkeit erfordern. Diese Geräte wurden ausschließlich entwickelt, um die Lichtempfindlichkeit aller Transistoren auszunutzen. Im Allgemeinen kann ein Fototransistor in einer npn-Vorrichtung mit einem breiten Basisabschnitt gefunden werden, der Licht ausgesetzt werden kann.

Licht, das in die Basis gelangt, ersetzt den natürlichen Basis-Emitter-Strom, der in normalen npn-Transistoren vorhanden ist.

Aufgrund dieser Funktion kann ein Fototransistor die Lichtschwankungen sofort verstärken. Es gibt typischerweise zwei Arten von npn-Fototransistoren, die erhalten werden können. Eine ist mit einer Standard-npn-Struktur, die alternative Variante kommt mit einem zusätzlichen npn-Transistor, um zusätzliche Verstärkung zu bieten, und ist als 'Photodarlington' -Transistor bekannt.

Diese sind extrem empfindlich, wenn auch etwas träge im Vergleich zu normalen npn-Fototransistoren. Die schematischen Symbole, die allgemein für Fototransistoren verwendet werden, sind wie folgt:

Fototransistoren werden häufig eingesetzt, um wechselnde (Wechselstrom-) Lichtimpulse zu erfassen. Sie werden zusätzlich verwendet, um kontinuierliches (Gleichstrom-) Licht zu identifizieren, wie beispielsweise die folgende Schaltung, bei der ein Photodarlington angewendet wird, um ein Relais zu aktivieren.

Dieses Tutorial wird regelmäßig mit neuen Komponentenspezifikationen aktualisiert. Bleiben Sie also auf dem Laufenden.