Electrònica elemental explicada

Proveu El Nostre Instrument Per Eliminar Problemes





Per a principiants en electrònica, la construcció projectes electrònics bàsics a partir d’un diagrama de circuits podria ser aclaparador. Aquesta guia ràpida està destinada a ajudar els novells, permetent-los detalls útils sobre peces electròniques, així com sobre tècniques de construcció de circuits. Examinarem parts elementals com resistències, condensadors, inductors, transformadors i potenciòmetres.

RESISTORS

Una resistència és una part que dissipa l'energia, normalment mitjançant calor. La implementació es defineix per la relació coneguda com a llei d'Ohm: V = I X R on V és el voltatge sobre la resistència en volts, I fa referència al corrent a través de la resistència en amperes i R és el valor de la resistència en ohms. Les representacions d'una resistència es mostren a la figura 1.1.





O bé som capaços de fer-ho fer ús de la resistència per alterar el voltatge en una ubicació específica del circuit, o bé podríem aplicar-lo per canviar el corrent en un lloc desitjat del circuit.

El valor de la resistència es pot identificar a través dels anells de colors que l’envolten. Trobareu 3 anells o bandes fonamentals que ens proporcionen aquests detalls (figura 1.2).



Les bandes estan pintades amb colors específics i cada banda de colors representa un número tal com es revela a la taula 1.1. Com a exemple, quan les bandes són marrons, vermelles i taronja, el valor de la resistència serà de 12 X 1.00,0 o 12.000 ohms 1.000 ohms normalment s’identifiquen com a kilohm o k, mentre que 1.000.000 s’anomenen megohm o MOhm.

L'últim anell o banda de colors significa la magnitud de tolerància de la resistència, pel valor de la resistència particular. L’or revela una tolerància de + o - 5% (± 5%), la plata significa que és de + o - 10% (± 10%). Si no trobeu cap banda de tolerància, normalment significa que la tolerància és del ± 20 per cent.

En termes generals, com més gran sigui la resistència, major potència es pot manejar. La potència nominal en watts pot variar entre 1/8 W i molts watts. Aquesta potència és bàsicament el producte de la tensió (V) i el corrent (I) que passen per la resistència.

Aplicant la llei d’Ohm podem determinar la potència (P) dissipada per una resistència com P = V X I = I ^ 2R = V ^ 2 / R on R és el valor de la resistència. No trobareu cap aspecte negatiu elèctric mentre treballeu amb una resistència que pot ser pràcticament més gran que les especificacions requerides.

L’únic inconvenient lleu podria ser la forma d’un augment de les dimensions mecàniques i potser de costos més elevats.

CAPACITADORS

El nom anterior de qualsevol condensador solia ser condensador, tot i que el nom actual sembla més relacionat amb la seva funció real. Un condensador està dissenyat amb una 'capacitat' per emmagatzemar energia elèctrica.

La funció bàsica d’un condensador és permetre el pas d’un corrent altern (a.c.) a través d’ell però bloquejar un corrent continu (d.c.).

Una altra consideració crucial és que en cas que una corrent continu. la tensió, per exemple a través d'una bateria, es connecta a través d'un condensador per un moment, essencialment, aquest CC continuarà restant a través dels cables del condensador fins que un element com una resistència s'uneixi a través d'ell, o potser acabi curt els terminals del condensador entre si fent que l’energia emmagatzemada es descarregui.

CONSTRUCCIÓ

En general, un condensador està format per un parell de plaques separades per un contingut aïllant conegut com a dielèctric.

El dielèctric podria estar format per aire, paper, ceràmica, poliestirè o qualsevol altre tipus de material adequat. Per a valors de capacitat més grans s’utilitza un electròlit per a la separació dielèctrica. Aquesta substància electrolítica té la capacitat d’emmagatzemar energia elèctrica amb una gran eficiència.

Una corrent continu constant és necessària per al funcionament capacitiu. És per això que als diagrames de circuits trobem el cable positiu del condensador indicat com a bloc blanc mentre que el costat negatiu com a bloc negre.

Els condensadors variables o ajustables inclouen paletes giratòries separades per un buit d’aire o un aïllant com la mica. Determina quant es superposen aquestes paletes entre si magnitud de la capacitat , i això es pot variar o ajustar movent el fus del condensador variable.

Es mesura la capacitat a Farads. No obstant això, un condensador Farad d'un podria ser substancialment gran per a qualsevol ús pràctic. Per tant, els condensadors es designen en microfarads (uF), nanofarad (nF) o en picofarads (pF).

Un milió de picofarades correspon a una sola microfarada i un milió de microfarades equival a un Farad de magnitud. Tot i que les nanofarades (nF) no s’utilitzen amb molta freqüència, una nanofarada representa mil picofarades.

De vegades, podeu trobar condensadors més petits amb codis de colors marcats, igual que les resistències.

taula de codis de colors del condensador i exemple

Per a aquests, els valors es podrien determinar en pF tal com es demostra a la taula de colors adjunta. El parell de bandes a la part inferior proporciona la tolerància i la tensió màxima de funcionament del condensador.

Cal tenir en compte estrictament que la tensió nominal que s’imprimeix al cos del condensador representa el límit màxim de tensió màxima tolerable del condensador que no s’ha de superar mai. A més, quan hi ha condensadors electrolítics, s’ha de comprovar acuradament la polaritat i soldar-la en conseqüència.

INDUCTORS

En circuits electrònics inductor les característiques de treball són tot el contrari que els condensadors. Els inductors mostren la tendència a passar-hi un corrent continu però intenten oposar-se o resistir-se al corrent altern. Solen presentar-se en forma de bobines de filferro de coure super esmaltades, normalment enrotllades al voltant d’un primer.

Per crear alt valor inductors , normalment s’introdueix un material fèrric com a nucli o es pot instal·lar com una tapa que envolta la bobina externament.

Una característica important de l’inductor és la seva capacitat per generar un “e.m.f posterior”. tan bon punt s’elimina la tensió aplicada a través d’un inductor. Això normalment passa a causa de la característica inherent d'un inductor per compensar la pèrdua del corrent original a través del corrent.

Els símbols esquemàtics de l’inductor es poden veure a la figura 1.5. La unitat d’inductància és l’Enric, tot i que normalment s’utilitzen mil·lenyris o microhenris (mH i respectivament) inductors de mesura en aplicacions pràctiques.

Un mil·lenihenry té 1000 microhenry mentre que mil milhenrys equival a un Henry. Els inductors són un d’aquests components que no són fàcils de mesurar, especialment si no s’imprimeix el valor real. A més, es tornen encara més complexos de mesurar quan es construeixen a casa mitjançant paràmetres no estàndards.

Quan s’utilitzen inductors per bloquejar senyals de corrent altern, s’anomenen bobines de radiofreqüència o bobines de RF (RFC). Els inductors s’utilitzen amb condensadors per formar circuits sintonitzats, que només permeten la banda de freqüències calculada i bloquegen la resta.

CIRCUITS AFINATS

Un circuit sintonitzat (figura 1.6), que implica un inductor L i un condensador C, permetrà, essencialment, que una freqüència determinada es mogui i bloquegi la resta de freqüències, o bloquegi un valor de freqüència específic i deixi passar a l’altre a través.

Una mesura de la selectivitat d’un circuit sintonitzat que constata el valor de freqüència es converteix en el seu factor Q (per qualitat).

Aquest valor sintonitzat de la freqüència també es denomina freqüència de ressonància (f0) i es mesura en Hz o cicles per segon.

Es pot utilitzar un condensador i un inductor en sèrie o en paral·lel per formar un circuit sintonitzat ressonant (Fig. 1.6.a). Un circuit sintonitzat en sèrie pot tenir una pèrdua baixa en comparació amb un circuit sintonitzat en paral·lel (Fig. 1.6.b) té una pèrdua elevada.

Quan esmentem pèrdues aquí, normalment es refereix a la proporció de tensió a la xarxa i al corrent que circula per la xarxa. Això també es coneix com la seva impedància (Z).

Els noms alternatius d’aquesta impedància per a components específics poden tenir la forma de, per exemple, resistència (R) per a resistències i reactància (X) per a inductors i condensadors.

TRANSFORMADORS

S’utilitzen transformadors per augmentar una tensió / corrent alterna d'entrada a nivells de sortida més alts o per baixar la mateixa fins a nivells de sortida més baixos. Aquest funcionament també garanteix simultàniament un aïllament elèctric complet a l’entrada CA i a la sortida CA. Un parell de transformadors es poden veure a la figura 1.7.

Les manufactures signifiquen tots els detalls al costat principal o d’entrada mitjançant el sufix «1». El costat secundari, o sortida, es significa amb el sufix '2' T1 i T2 indiquen la quantitat de voltes que corresponen a la primària i a la secundària. Després:

Quan un està dissenyat el transformador per baixar la xarxa elèctrica de 240 V a una tensió més baixa, per exemple, 6 V, el costat principal implica un nombre relativament més alt de voltes mitjançant filferro de calibre més prim, mentre que el costat secundari es construeix amb un nombre de voltes relativament menor, però amb fil de calibre molt més gruixut.

Això es deu al fet que el voltatge més alt implica un corrent proporcionalment inferior i, per tant, un fil més prim, mentre que el voltatge més baix implica un corrent proporcionalment més alt i, per tant, un fil més gruixut. Els valors nets de potència primària i secundària (V x I) són gairebé iguals en un transformador ideal.

Quan al bobinatge del transformador s’extreu un cop de fil d’alguna de les voltes (Fig. 1.7.b), es produeix la divisió de la tensió de bobinatge a través del tap que és proporcional al nombre de voltes del bobinatge separades per fil de rosca central.

La magnitud de la tensió neta a través del bobinatge secundari d’extrem a extrem seguirà sent segons la fórmula que es mostra més amunt

La grandària d'un transformador depèn de la magnitud de les seves especificacions de corrent secundàries. Si l'especificació actual és més gran, les dimensions del transformador també augmenten proporcionalment.

També hi ha dissenyats per a transformadors en miniatura circuits d'alta freqüència , com a ràdios, transmissors etc i tenen un condensador incorporat connectat al bobinatge.

Com utilitzar semiconductors en projectes electrònics

Per: Forest M. Mims

Construir i experimentar amb projectes electrònics pot ser gratificant, però molt difícil. Es fa encara més satisfactori quan ets com a aficionat Acabeu de construir un projecte de circuit, engegueu-lo i trobeu un model de treball útil desenvolupat a partir d'un grapat de components brossa. Això us fa sentir com un creador, mentre que l’èxit del projecte mostra els vostres esforços i coneixements enormes en el camp respectiu.

Això pot ser només per divertir-se en el temps lliure. És possible que hi hagi gent que vulgui dur a terme un projecte que encara no està fabricat o que pugui personalitzar un producte electrònic del mercat en una versió més innovadora.

Per assolir l’èxit o solucionar un error de circuit, haureu de tenir coneixements relatius al funcionament dels diferents components i a la forma d’implementar-los correctament en circuits pràctics. D’acord, anem al punt.

En aquest tutorial començarem els semiconductors.

Com Semiconductor es crea amb silici

Trobareu una gran varietat de components semiconductors, però el silici, que és l’element principal de la sorra, és un dels elements més coneguts. Un àtom de silici consta de només 4 electrons dins de la seva capa més externa.

Tanmateix, pot encantar-ne obtenir vuit. Com a resultat, un àtom de silici col·labora amb els seus àtoms veïns per compartir electrons de la manera següent:

Quan un grup d’àtoms de silici comparteixen els seus electrons externs resulta en la formació d’una disposició coneguda com a cristall.

El dibuix següent mostra un cristall de silici que només té els seus electrons externs. En la seva forma pura, el silici no proporciona un propòsit útil.

Per això, els fabricants milloren aquests articles a base de silici amb fòsfor, bor i ingredients addicionals. Aquest procés s'anomena 'dopatge' del silici. Un cop implementat el dopatge de silici, es millora amb propietats elèctriques útils.

Silici dopat P i N : Elements com el bor, fòsfor, es poden utilitzar eficaçment per combinar-se amb àtoms de silici per fabricar cristalls. Heus aquí el truc: un àtom de bor inclou només 3 electrons a la seva capa exterior, mentre que un àtom de fòsfor inclou 5 electrons.

Quan el silici es combina o es dopa amb alguns electrons de fòsfor es transforma en silici de tipus n (n = negatiu). Quan el silici es fon amb àtoms de bor que no tenen un electró, el silici es converteix en un silici de tipus p (p = positiu).

Tipus P de silici. Quan l’àtom de bor es dopa amb un cúmul d’àtoms de silici dóna lloc a una cavitat d’electrons buida anomenada 'forat'.

Aquest forat fa possible que un electró d'un àtom veí 'caigui' a la ranura (forat). Això significa que un 'forat' ha canviat la seva posició a una nova ubicació. Tingueu en compte que els forats poden surar fàcilment sobre el silici (de la mateixa manera que les bombolles es mouen sobre l’aigua).

N -Tipus de silici. Quan un àtom de fòsfor es combina o es dopa amb un cúmul d’àtoms de silici, el sistema proporciona un electró addicional que es permet transferir a través del cristall de silici amb relativa comoditat.

Per l’explicació anterior entenem que un silici de tipus n facilitarà el pas d’electrons fent que els electrons saltin d’un àtom a l’altre.

D'altra banda, un silici de tipus p també permetrà el pas d'electrons però en la direcció oposada. Com que en un tipus p, són els forats o les closques d’electrons buits els que provoquen la reubicació dels electrons.

És com comparar una persona que corre per terra i una persona que corre per un cinta de córrer . Quan una persona corre per terra, el terra continua sent papereria i la persona avança, mentre que a la cinta de córrer la persona continua sent papereria, el terra es mou cap enrere. En ambdues situacions, la persona passa per un moviment relatiu cap endavant.

Comprensió dels díodes

Els díodes es poden comparar amb les vàlvules i, per tant, tenen un paper crucial en els projectes electrònics per controlar la direcció del flux d’electricitat dins d’una configuració de circuits.

Sabem que tant el silici tipus n com el p tenen la capacitat de conduir electricitat. La resistència d'ambdues variants depèn del percentatge de forats o dels electrons addicionals que posseeixi. Com a resultat, els dos tipus també poden ser capaços de comportar-se com resistències, restringint el corrent i permetent que flueixi només en una direcció específica.

En crear molts tipus de silici de tipus p dins d’una base de silici de tipus n, es pot restringir els electrons per moure’s pel silici en una sola direcció. Aquesta és la condició de treball exacta que es pot observar en els díodes, creats amb una unió p-n de silici dopatge.

Com funciona el díode

La següent il·lustració ens ajuda a obtenir un aclariment fàcil sobre com un díode respon a l'electricitat en una sola direcció (cap endavant) i garanteix el bloqueig de l'electricitat en la direcció oposada (cap enrere).

A la primera figura, la diferència de potencial de la bateria fa que els forats i els electrons es repel·lin cap a la unió p-n. En cas que el nivell de tensió superi els 0,6 V (per a un díode de silici), els electrons s’estimulen per saltar a través de la unió i fusionar-se amb els forats, cosa que permet transferir una càrrega de corrent.

A la segona figura, la diferència de potencial de la bateria fa que els forats i els electrons s’allunguin de la unió. Aquesta situació impedeix que el flux de càrrega o corrent bloquegi el seu pas. Els díodes solen estar encapsulats en petites carcasses cilíndriques de vidre.

Una banda circular fosca o blanquinosa marcada al voltant d’un extrem del cos del díode identifica el seu terminal càtode. L’altre terminal es converteix naturalment en el terminal de l’ànode. La imatge anterior mostra tant la caixa física del díode com el seu símbol esquemàtic.

Ja hem entès que un díode es pot comparar amb un commutador electrònic de sentit únic. Encara cal copsar completament alguns factors més del funcionament del díode.

A continuació es detallen alguns punts crucials:

1. Un díode no pot conduir electricitat fins que la tensió directa aplicada assoleixi un nivell llindar concret.

Per als díodes de silici, és d'aproximadament 0,7 volts.

2. Quan el corrent cap endavant sigui massa elevat o sigui superior al valor especificat, el díode semiconductor pot fallar o cremar-se. I els contactes terminals interns es podrien desintegrar.

Si la unitat es crema, el díode pot mostrar de sobte una conducció a través de les dues direccions terminals. La calor generada a causa d’aquest mal funcionament pot acabar vaporitzant la unitat.

3. Un voltatge invers excessiu pot provocar que un díode es condueixi en direcció contrària. Com que aquest voltatge és bastant gran, la pujada de corrent inesperada pot trencar el díode.

Tipus i usos de díodes

Els díodes estan disponibles en moltes formes i especificacions diferents. A continuació es mostren algunes de les formes importants que s’utilitzen habitualment en circuits elèctrics:

Petit díode de senyal: Aquest tipus de díodes es poden utilitzar per a conversions de corrent altern a corrent continu, per detectar o demodular senyals de RF , en tensió aplicació multiplicadora , operacions lògiques, per neutralitzar pics d’alta tensió, etc. per fer rectificadors de potència.

Rectificadors de potència Diodes : tenen atributs i característiques similars a un díode de senyal petit, però es classifiquen en gestionar magnituds significatives de corrent . Es munten sobre grans recintes metàl·lics que ajuden a absorbir i dissipar la calor no desitjada i a distribuir-la per una placa de dissipador de calor adjunta.

Els rectificadors de potència es poden veure principalment a les unitats de subministrament elèctric. Els variadors habituals són 1N4007, 1N5402 / 5408, 6A4, etc.

Diodo Zener : Es tracta d’un tipus especial de díode caracteritzat per una tensió de ruptura inversa específica. És a dir, els díodes zener poden funcionar com un interruptor de limitació de voltatge. Els díodes Zener tenen una tensió de ruptura absoluta (Vz) que pot oscil·lar entre 2 i 200 volts.

Diode emissor de llum o LED : Totes les formes de díodes tenen la propietat d’emetre una mica de radiació electromagnètica quan s’apliquen a una tensió bais directa.

No obstant això, els díodes que es creen mitjançant materials de semiconductors com el fosfur d’arsenur de gal, tenen la capacitat d’emetre una quantitat de radiació significativament superior als díodes de silici habituals. S’anomenen díodes emissors de llum o LED.

Fotodiode : De la mateixa manera que els díodes emeten certa radiació, també presenten algun nivell de conducció quan són il·luminats per una font de llum externa.
Tanmateix, els díodes especialment dissenyats per detectar i respondre la llum o la il·luminació s’anomenen fotodíodes.

Incorporen una finestra de vidre o plàstic que permet que la llum entri a la zona sensible a la llum del díode.

Normalment, tenen una àrea gran d’unió per a l’exposició necessària a la llum.

El silici facilita la fabricació de fotodíodes eficients.

Els diferents tipus de díodes s’utilitzen àmpliament en moltes aplicacions. De moment, anem a parlar d'un parell de funcions importants per a senyals petits díodes i rectificadors :

El primer és un circuit rectificador d’una sola ona a través del qual es corregeix un corrent altern amb una alimentació de doble polaritat variable en un senyal o tensió de polaritat única (dc).

La segona configuració és el circuit rectificador d’ona completa que comprèn una configuració de quatre díodes i també s’anomena rectificador de pont . Aquesta xarxa té la capacitat de rectificar les dues meitats d’un senyal d’entrada de CA.

Observeu la distinció en el resultat final dels dos circuits. En el circuit de mitja ona, només un cicle de l’entrada d’AC produeix una sortida, mentre que en pont complet, tots dos semicicles es transformen en una sola CC de polaritat.

El transistor

Un projecte electrònic pot ser pràcticament impossible de completar sense un transistor, que en realitat constitueix el bloc bàsic de l'electrònica.

Els transistors són dispositius semiconductors que tenen tres terminals o cables. Una quantitat excepcionalment petita de corrent o tensió en un dels cables permet controlar una quantitat significativament més gran de pas de corrent a través dels altres dos cables.

Això implica que els transistors són els més adequats per treballar com a amplificadors i reguladors de commutació. Trobareu dos grups principals de transistors: el bipolar (BJT) i l’efecte de camp (FET).

En aquesta discussió ens centrarem només en els transistors bipolars BJT. En poques paraules, afegint una unió complementària a un díode d'unió p-n, és possible crear un 'sandvitx' de silici de 3 compartiments. Aquest sandvitx com la formació pot ser n-p-n o p-n-p.

En qualsevol dels dos casos, la regió de la secció mitjana funciona com un sistema de control o aixeta que regula la quantitat d’electrons o la càrrega que es desplaça a través de les 3 capes. Les 3 seccions d’un transistor bipolar són l’emissor, la base i el col·lector. La regió base pot ser força prima i té molts menys àtoms de dopatge en comparació amb l’emissor i el col·lector.

Com a resultat, un corrent emissor-base molt reduït dóna lloc a un corrent emissor-col·lector significativament més gran per moure’s. Els díodes i els transistors són similars amb moltes propietats crucials:

La unió base-emissor que s’assembla a una unió de díode no permetrà la transferència d’electrons tret que la tensió directa superi els 0,7 volts. Una quantitat excessiva de corrent provoca l’escalfament del transistor i la seva eficiència.

En cas que una temperatura del transistor augmenti significativament, potser caldrà apagar el circuit. Finalment, una quantitat excessiva de corrent o tensió pot causar un dany permanent al material semiconductor que constitueix el transistor.

Actualment es poden trobar diversos tipus de transistors. Alguns exemples habituals són:

Petit senyal i commutació : Aquests transistors s'apliquen per amplificar els senyals d'entrada de baix nivell a nivells relativament més grans. Els transistors de commutació es creen per activar-lo completament o apagar-lo completament. Diversos transistors es poden utilitzar per igual per amplificar i canviar igual de bé.

Transistor de potència : Aquests transistors s'utilitzen en amplificadors i fonts d'alimentació d'alta potència. Aquests transistors solen ser de mida gran i amb carcassa metàl·lica estesa per facilitar una major dissipació de calor i refrigeració, i també per facilitar la instal·lació dels dissipadors de calor.

Alta freqüència : Aquests transistors s'utilitzen principalment aparells basats en RF com ràdios, televisors i microones. Aquests transistors estan construïts amb una regió de base més prima i tenen dimenions corporals reduïdes. Els símbols esquemàtics dels transistors npn i pnp es poden veure a continuació:

Recordeu que el signe de fletxa que indica el pin emissor sempre apunta cap a la direcció de flux dels forats. Quan el signe de fletxa mostra una direcció oposada a la base, el BJT té un emissor format per material de tipus n.

Aquest signe identifica específicament el transistor com un dispositiu n-p-n amb una base que té un material de tipus p. D’altra banda, quan la marca de fletxa apunta cap a la base, això indica que la base està formada per material de tipus n i detalla que l’emissor i el col·lector consten de material de tipus p i, en conseqüència, el dispositiu és un pnp BJT.

Com Utilitzeu transistors bipolars

Quan s’aplica un potencial de terra o 0V a la base d’un transistor npn, inhibeix el flux de corrent a través dels terminals emissors-col·lectors i el transistor es desactiva.

En cas que la base es polaritzi cap endavant aplicant una diferència de potencial d'almenys 0,6 volts a través dels pins de l'emissor base del BJT, s'inicia instantàniament el flux de corrent des de l'emissor cap als terminals del col·lector i es diu que el transistor està canviat '. endavant.

Tot i que els BJT només s’alimenten en aquests dos mètodes, el transistor funciona com un interruptor ON / OFF. En cas que la base estigui esbiaixada cap endavant, la magnitud del corrent emissor-col·lector passa a dependre de les variacions relativament menors del corrent base.

El el transistor en aquests casos funciona com un amplificador . Aquest tema en particular es refereix a un transistor on l’emissor se suposa que és el terminal de terra comú per a l’entrada i el senyal de sortida, i es coneix com circuit d'emissor comú . Es poden visualitzar alguns circuits bàsics d’emissors comuns a través dels diagrames següents.

Transistor com a commutador

Aquesta configuració del circuit només acceptarà dos tipus de senyal d'entrada, ja sigui un senyal de 0V o de terra, o un voltatge positiu + V superior a 0,7V. Per tant, en aquest mode, el transistor es pot activar o apagar. La resistència a la base podria ser entre 1K i 10K ohms.

Amplificador de transistor de CC

En aquest circuit el resistència variable crea una polarització cap endavant al transistor i regula la magnitud del corrent base / emissor. El metre mostra la quantitat de corrent lliurat a través dels cables emissors de col·lectors.

La resistència de la sèrie del mesurador garanteix la seguretat del mesurador contra el corrent excessiu i evita danys a la bobina del mesurador.

En un circuit d'aplicació real, el potenciòmetre es pot afegir amb un sensor resistiu, la resistència del qual varia en resposta a un factor extern com la llum, la temperatura, la humitat, etc.

No obstant això, en situacions en què els senyals d'entrada varien ràpidament, es fa aplicable un circuit d'amplificador de CA, tal com s'explica a continuació:

Amplificador de transistor de corrent altern

El diagrama del circuit mostra un circuit amplificador de CA transistoritzat molt bàsic. El condensador situat a l'entrada bloqueja qualsevol forma de CC d'entrar a la base. La resistència aplicada per al biaix de la base es calcula per establir un voltatge que és la meitat del nivell de subministrament.

El senyal que s'amplifica 'llisca' al llarg d'aquesta tensió constant i canvia la seva amplitud per sobre i per sota d'aquest nivell de voltatge de referència.

Si no s’utilitzés la resistència de polarització, només s’amplificaria la meitat del subministrament per sobre del nivell de 0,7 V provocant grans quantitats de distorsions desagradables.

Quant a la direcció del corrent

Sabem que quan els electrons viatgen a través d’un conductor, genera un flux de corrent a través del conductor.

Atès que, tècnicament, el moviment dels electrons és realment d’una regió carregada negativament a una regió carregada positivament, llavors, per què la marca de fletxa en un símbol de díode sembla indicar un flux d’electrons oposat.

Això es pot explicar amb un parell de punts.

1) Segons la teoria inicial de Benjamin Franklin, es va suposar que el flux d'electricitat és de la regió carregada positiva a la negativa. No obstant això, un cop descoberts els electrons, va revelar la veritat real.

Tot i així, la percepció continuava sent la mateixa i els esquemes seguien la imaginació convencional en què el flux actual es mostra de positiu a negatiu, perquè d'alguna manera pensar el contrari ens fa difícil simular els resultats.

2) En cas de semiconductors, en realitat són els forats els que viatgen oposats als electrons. Això fa que els electrons semblin canviar de positiu a negatiu.

Per ser precisos, cal assenyalar que el flux de corrent és en realitat el flux de càrrega creat per la presència o l'absència de l'electró, però pel que fa al símbol electrònic, simplement trobem que l'enfocament convencional és més fàcil de seguir.

El Tiristor

Igual que els transistors, els tiristor també són dispositius semiconductors que tenen tres terminals i tenen un paper important en molts projectes electrònics.

De la mateixa manera que un transistor s'encén amb un petit corrent en un dels cables, els tiristors també funcionen de la mateixa manera i permeten la conducció d'un corrent molt més gran a través dels altres dos cables complementaris.

L’única diferència és que el tiristor no té la capacitat d’amplificar senyals de CA oscil·lants. Responen al senyal d'entrada de control activant o apagant completament. Aquesta és la raó per la qual els tiristor també es coneixen com a 'commutadors d'estat sòlid'.

Rectificadors controlats per silici (SCR)

Els SCR són dispositius que representen dues formes bàsiques de tiristor. La seva estructura s'assembla a la d'un transistors bipolars, però els SCR tenen una quarta capa, per tant tres unions, tal com es mostra a la figura següent.

El disseny intern del SCR i el símbol esquemàtic es poden visualitzar a la imatge següent.

Normalment, els pinouts SCR es mostren amb lletres simples com: A per ànode, K (o C) per al càtode i G per a la porta.

Quan s’aplica el pin ànode d’un SCR amb un potencial positiu superior al pin del càtode (K), les dues unions més externes es polaritzen cap endavant, tot i que la unió central p-n es manté polaritzada inversament inhibint qualsevol flux de corrent a través d’elles.

Tanmateix, tan bon punt s'aplica el passador G amb una tensió positiva mínima, permet una potència molt més gran a través dels passadors d'ànode / càtode.

En aquest moment, el SCR es bloqueja i les restes s’encenen fins i tot després d’eliminar el biaix de la porta. Això pot continuar infinitament fins que l’ànode o el càtode es desconnectin momentàniament de la línia de subministrament.

El següent projecte següent mostra un SCR configurat com un interruptor per controlar una làmpada incandescent.

L’interruptor del costat esquerre és un interruptor d’empenta a apagat que significa que s’obre quan s’empeny, mentre que l’interruptor del costat dret és un interruptor d’empenta a ON que es condueix quan es prem. Quan es prem aquest interruptor momentàniament o només un segon, encén el llum.

Els pestells SCR i el llum s’encenen permanentment. Per apagar el llum a la seva condició inicial, es prem el botó lateral esquerre momentàniament.

Els SCR es fabriquen amb potències i capacitat de maneig diferents, des d’1 amper, 100 volts a 10 amperis o més i diversos centenars de volts.

Triacs

Els triacs s’utilitzen específicament en circuits electrònics que requereixen commutació de càrrega CA d’alta tensió.

L’estructura interna d’un triac en realitat sembla dos SCR units en paral·lel invers. Això significa que un triac té la capacitat de conduir electricitat tant en les direccions de corrent continu com de subministrament de corrent altern.

Per implementar aquesta característica, el triac es construeix mitjançant cinc capes de semiconductors amb una regió de tipus n addicional. Els pinouts del triac estan connectats de manera que cada pin entra en contacte amb un parell d’aquesta regió de semiconductors.

Tot i que el mode de treball d’un terminal de porta triac és similar a un SCR, la porta no es fa referència específicament a terminals d’ànode o càtode, és perquè el triac pot conduir ambdues maneres, de manera que la porta es pot activar amb qualsevol dels terminals depenent de si s’utilitza un senyal positiu o negatiu per al disparador de la porta.

Per aquest motiu, els dos terminals principals de càrrega del triac es designen com a MT1 i MT2 en lloc de A o K. Les lletres MT fan referència a 'terminal principal'. tal com es mostra al diagrama de circuits següent.

Quan s’aplica un triac per canviar una CA, el traic només es condueix mentre la porta romangui connectada a una entrada de subministrament petita. Un cop eliminat el senyal de la porta, encara manté el triac encès però només fins que el cicle de la forma d'ona de CA arriba a la línia de pas zero.

Un cop l'alimentació de CA arriba a la línia zero, el triac s'apaga per si mateix i la càrrega connectada permanentment, fins que s'apliqui el senyal de la porta de nou.

Els triacs es poden utilitzar per controlar la majoria d’aparells domèstics juntament amb motors i bombes.

Tot i que els triacs també es classifiquen segons la seva capacitat de maneig o classificació actual, com els SCR, els SCR generalment estan disponibles amb qualificacions de corrent molt més altes que els triac.

Semiconductor Dispositius emissors de llum

Quan s’exposen a nivells elevats per llum, calor, electrons i energies similars, la majoria dels semiconductors mostren la tendència a emetre llum a la longitud d’ona visible de l’ésser humà o la longitud d’ona IR.

Els semiconductors que són ideals per a això són els que vénen a la família de díodes de juntes p-n.

Els díodes emissors de llum (LED) ho fan convertint el corrent elèctric directament en llum visible. Els LED són extremadament eficients amb la seva conversió de corrent a llum que qualsevol altra forma de font de llum.

S’utilitzen LEDs blancs d’alta intensitat il·luminació de la llar mentre que els LED de colors s’utilitzen en aplicacions decoratives.

La intensitat del LED es pot controlar ja sigui linealment disminuint l'entrada CC o bé a través modulació d'amplada de pols entrada també anomenada PWM.

Detectors de llum semiconductors

Quan qualsevol forma d’energia entra en contacte amb un cristall semiconductor condueix a la generació d’un corrent al cristall. Aquest és el principi bàsic del funcionament de tots els dispositius de sensor de llum semiconductor.

Els detectors de llum semiconductors es poden classificar en tipus principals:

Els que es construeixen mitjançant semiconductors pn junction i els altres que no.

En aquesta explicació només tractarem només les variants p-n. Els detectors de llum basats en la unió P-n són el membre més utilitzat de la família de semiconductors fotònics.

La majoria són de silici i poden detectar tant la llum visible com l’infraroig proper.

Fotodíodes:

Fotodíodes estan especialment dissenyats per a projectes electrònics dissenyats per detectar la llum. Els podeu trobar en tot tipus de dispositius, com ara a les càmeres, alarmes antirobatori , En directe comunicacions, etc.

En el mode de detector de llum, un foto-díode funciona generant un forat o un electró compartit en una unió pn. Això fa que el corrent es mogui tan bon punt els terminals laterals de la unió p i n estiguin connectats a un subministrament extern.

Quan s’utilitza en mode fotovoltaic, el fotodiode actua com una font de corrent en presència d’una llum incident. En aquesta aplicació, el dispositiu comença a funcionar en mode de polarització inversa en resposta a una il·luminació lleugera.

En absència de llum, encara flueix una quantitat mínima de corrent coneguda com a 'corrent fosc'.

Un fotodiode es fabrica generalment en molts dissenys d’envasos diferents. Estan disponibles principalment en cos de plàstic, lent i filtració preinstal·lats, etc.

La diferenciació clau és la dimensió del semiconductor que s’utilitza per al dispositiu. Els fotodíodes destinats a temps de resposta d’alta velocitat en el funcionament fotoconductor de polarització inversa es construeixen mitjançant semiconductors de superfície petita.

Els fotodíodes amb una àrea més gran tendeixen a respondre una mica lentament, però poden tenir la capacitat de proporcionar un grau més alt de sensibilitat a la il·luminació de la llum.

El fotodiode i el LED comparteixen un símbol esquemàtic idèntic, excepte que la direcció de les fletxes que estan cap a l'interior del fotodiode. Els fotodíodes solen reconèixer els polsos que varien ràpidament fins i tot a la longitud d'ona propera a l'infraroig, com en les comunicacions d'ona de llum.

El següent circuit il·lustra la manera com es podria aplicar el fotodiode en un mesurador de llum configurat. Els resultats de sortida d’aquest circuit són bastant lineals.

Fototransistors

Els fototransistors s’apliquen en projectes electrònics que requereixen un major grau de sensibilitat. Aquests dispositius estan creats exclusivament per aprofitar la sensibilitat a la llum de tots els transistors. En general, es pot trobar un fototransistor en un dispositiu npn que té una secció àmplia i base que es pot exposar a la llum.

La llum que entra a la base substitueix el corrent natural emissor de base que existeix en els transistors npn normals.

Gràcies a aquesta característica, un fototransistor és capaç d'amplificar les variacions de llum a l'instant. Normalment hi ha dos tipus de fototransistors npn que es poden obtenir. Un és amb una estructura npn estàndard, la variant alternativa inclou un transistor npn addicional per oferir una amplificació addicional i es coneix com a transistor 'fotodarlington'.

Aquests són extremadament sensibles, tot i que són una mica lents en comparació amb el fototransistor npn normal. Els símbols esquemàtics que s’utilitzen generalment per als fototransistors són els següents:

Els fototransistors s’apliquen força sovint per detectar impulsos de llum alterns (ac). A més, s’utilitzen per identificar llum contínua (CC), com ara el següent circuit on s’aplica un fotodarlington per activar un relé.

Aquest tutorial s'actualitzarà regularment amb les noves especificacions dels components, així que estigueu atents.




Anterior: Circuit de fibra òptica: transmissor i receptor Següent: Reed Switch - Circuits d'aplicació i de treball