Giải thích về Điện tử Sơ cấp

Đối với người mới bắt đầu làm quen với điện tử, xây dựng dự án điện tử cơ bản từ một sơ đồ mạch có thể được áp đảo. Hướng dẫn nhanh này nhằm hỗ trợ người mới bằng cách cung cấp cho họ những chi tiết hữu ích về các bộ phận điện tử cũng như liên quan đến kỹ thuật xây dựng mạch. Chúng ta sẽ xem xét các bộ phận cơ bản như điện trở, tụ điện, cuộn cảm, máy biến áp và chiết áp.

ĐIỆN TRỞ

Điện trở là một bộ phận tiêu thụ điện năng, thông thường bằng nhiệt. Việc thực hiện được xác định bởi mối quan hệ được gọi là định luật Ohm: V = I X R trong đó V là điện áp trên điện trở tính bằng vôn, I là dòng điện qua điện trở tính bằng ampe và R là giá trị điện trở tính bằng ôm. Các biểu diễn cho một điện trở được thể hiện trong Hình 1.1.

Hoặc chúng tôi có thể sử dụng điện trở để thay đổi điện áp tại một vị trí cụ thể trong mạch hoặc chúng ta có thể áp dụng nó để thay đổi dòng điện tại một vị trí mong muốn của mạch.

Giá trị của điện trở có thể được xác định thông qua các vòng màu xung quanh nó. Bạn sẽ tìm thấy 3 vòng hoặc dải cơ bản truyền đạt cho chúng ta những chi tiết này (Hình 1.2).

Các dải được sơn bằng các màu cụ thể và mỗi dải màu đại diện cho một số như được trình bày trong Bảng 1.1. Ví dụ: khi các dải màu nâu, đỏ và cam, thì giá trị của điện trở sẽ là 12 X 1.00,0 hoặc 12.000 ohms 1.000 ohms thường được xác định là kilohm hoặc k, trong khi 1.000.000 được đặt tên là megohm hoặc MOhm.

Vòng hoặc dải màu cuối cùng biểu thị độ lớn dung sai của điện trở, đối với giá trị điện trở cụ thể. Vàng cho thấy dung sai + hoặc - 5 phần trăm (± 5%), bạc biểu thị rằng nó là + hoặc - 10 phần trăm (± 10%). Nếu bạn không thấy dải dung sai nào hiện diện thường có nghĩa là dung sai là ± 20%.

Nói chung, điện trở càng lớn thì công suất càng lớn mà nó có thể được đánh giá để xử lý. Định mức công suất tính bằng watt có thể khác từ 1/8 W đến nhiều watt. Công suất này về cơ bản là sản phẩm của điện áp (V) và dòng điện (I) đi qua điện trở.

Áp dụng định luật Ôm, chúng ta có thể xác định công suất (P) bị tiêu tán bởi một điện trở là P = V X I = I ^ 2R = V ^ 2 / R trong đó R là giá trị của điện trở. Bạn sẽ không tìm thấy bất kỳ khía cạnh tiêu cực nào về điện khi làm việc với một điện trở thực tế có thể lớn hơn thông số kỹ thuật cần thiết.

Hạn chế nhỏ duy nhất có thể là ở dạng kích thước cơ học tăng lên và có lẽ chi phí cao hơn.

VỐN

Tên trước đây của bất kỳ tụ điện nào từng là tụ điện, mặc dù tên hiện tại có vẻ liên quan hơn đến chức năng thực tế của nó. Tụ điện được thiết kế với 'công suất' để lưu trữ năng lượng điện.

Chức năng cơ bản của tụ điện là cho phép dòng điện xoay chiều (xoay chiều) chạy qua nó nhưng chặn dòng điện một chiều (một chiều).

Một cân nhắc quan trọng khác là trong trường hợp một điện trở một chiều. điện áp, ví dụ qua pin, được kết nối qua tụ điện trong một thời điểm, về cơ bản DC này sẽ tiếp tục duy trì trên các dây dẫn của tụ điện cho đến khi một phần tử như điện trở được nối qua nó hoặc cuối cùng có thể bạn làm ngắn các đầu nối của tụ điện với nhau làm cho năng lượng dự trữ được phóng ra.

XÂY DỰNG

Nói chung, tụ điện được làm bằng một cặp bản được ngăn cách bởi một chất cách điện được gọi là chất điện môi.

Chất điện môi có thể được hình thành bởi không khí, giấy, gốm, polystyrene hoặc bất kỳ loại vật liệu thích hợp nào khác. Đối với các giá trị điện dung lớn hơn, chất điện phân được sử dụng để tách điện môi. Chất điện phân này có khả năng tích trữ năng lượng điện với hiệu suất lớn.

Một DC không đổi thường được yêu cầu cho hoạt động điện dung. Đây là lý do tại sao trong các sơ đồ mạch điện, chúng ta tìm thấy dây dẫn dương của tụ điện được biểu thị là khối màu trắng trong khi phía âm là khối màu đen.

Tụ điện có thể thay đổi hoặc điều chỉnh bao gồm các cánh gạt được ngăn cách bởi một khe hở không khí hoặc một chất cách điện như mica. Bao nhiêu cánh gạt này chồng lên nhau, xác định độ lớn của điện dung và điều này có thể được thay đổi hoặc điều chỉnh bằng cách di chuyển trục xoay của tụ điện biến đổi.

Điện dung được đo ở Farads. Tuy nhiên, một tụ điện Farad về cơ bản có thể lớn đáng kể cho bất kỳ mục đích sử dụng thực tế nào. Do đó, các tụ điện được chỉ định ở dạng microfarads (uF), nanofarad (nF) hoặc picofarads (pF).

Một triệu picofarads tương ứng với một microfarad và một triệu microfarads bằng một Farad về độ lớn. Mặc dù nanofarad (nF) không được sử dụng thường xuyên, nhưng một nanofarad đại diện cho một nghìn picofarad.

Đôi khi bạn có thể tìm thấy các tụ điện nhỏ hơn với mã màu được đánh dấu trên chúng, giống như các điện trở.

Đối với những điều này, các giá trị có thể được xác định bằng pF như được minh họa trong biểu đồ màu liền kề. Cặp dải ở dưới cùng cung cấp khả năng chịu đựng và điện áp làm việc tối đa của tụ điện.

Cần phải lưu ý nghiêm ngặt rằng định mức điện áp in trên thân tụ điện đại diện cho giới hạn điện áp chịu đựng tối đa tuyệt đối của tụ điện mà không bao giờ được vượt quá. Ngoài ra, khi liên quan đến tụ điện, cực tính phải được kiểm tra cẩn thận và hàn cho phù hợp.

CÁC CHỈ SỐ

Trong mạch điện tử Cuộn cảm đặc tính làm việc chỉ ngược lại với tụ điện. Cuộn cảm thể hiện xu hướng cho dòng điện một chiều chạy qua chúng nhưng cố gắng chống lại hoặc chống lại dòng điện xoay chiều. Chúng thường ở dạng cuộn dây đồng siêu tráng men, thường được quấn quanh một đầu dây.

Để tạo ra giá trị cao cuộn cảm , vật liệu màu thường được đưa vào làm lõi, hoặc có thể được lắp đặt giống như một lớp vỏ bao quanh cuộn dây bên ngoài.

Một đặc tính quan trọng của cuộn cảm là khả năng tạo ra 'back e.m.f.' ngay sau khi một điện áp đặt trên bị loại bỏ trên cuộn cảm. Điều này thường xảy ra do tính năng vốn có của một cuộn cảm để bù lại sự mất mát của dòng điện ban đầu trên dòng điện.

Các ký hiệu sơ đồ của cuộn cảm có thể được nhìn thấy trong Hình 1.5. Đơn vị của điện cảm là Henry, mặc dù millihenrys hoặc microhenrys (mH và tương ứng) thường được sử dụng cho đo cuộn cảm trong các ứng dụng thực tế.

Một millihenry có 1000 microhenry trong khi một ngàn millihenry bằng một Henry. Cuộn cảm là một trong những thành phần không dễ đo, đặc biệt nếu giá trị thực không được in. Ngoài ra, chúng còn trở nên phức tạp hơn để đo khi chúng được xây dựng tại nhà bằng cách sử dụng các thông số không chuẩn.

Khi cuộn cảm được sử dụng để chặn tín hiệu AC, chúng được gọi là cuộn cảm tần số vô tuyến hoặc cuộn cảm RF (RFC). Các cuộn cảm được sử dụng với tụ điện để tạo thành mạch điều chỉnh, chỉ cho phép dải tần được tính toán và chặn phần còn lại.

MẠCH CHẠY

Một mạch điều chỉnh (Hình 1.6), bao gồm cuộn cảm L và tụ điện C, về cơ bản, sẽ cho phép một tần số cụ thể di chuyển qua và chặn tất cả các tần số khác, hoặc chặn một giá trị tần số cụ thể và để tất cả các tần số khác vượt qua xuyên qua.

Phép đo độ chọn lọc của mạch điều chỉnh xác định giá trị tần số trở thành hệ số Q (đối với chất lượng) của nó.

Giá trị điều chỉnh của tần số này còn được gọi là tần số cộng hưởng (f0) và được đo bằng hertz hoặc chu kỳ trên giây.

Tụ điện và cuộn cảm có thể được sử dụng nối tiếp hoặc song song để tạo thành một mạch điều chỉnh cộng hưởng (Hình 1.6.a). Mạch điều chỉnh nối tiếp có thể có tổn hao thấp so với mạch điều chỉnh song song (Hình 1.6.b) có tổn hao cao.

Khi chúng ta đề cập đến tổn thất ở đây, nó thường đề cập đến tỷ lệ điện áp trên toàn mạng, trên dòng điện chạy qua mạng. Đây còn được gọi là trở kháng của nó (Z).

Các tên thay thế cho trở kháng này cho các thành phần cụ thể có thể ở dạng v.d. cảm kháng (R) đối với điện trở và cảm kháng (X) đối với cuộn cảm và tụ điện.

MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp được sử dụng để nâng điện áp / dòng điện xoay chiều đầu vào lên mức đầu ra cao hơn hoặc để giảm mức tương tự xuống mức đầu ra thấp hơn. Hoạt động này cũng đồng thời đảm bảo sự cách ly hoàn toàn về điện trên AC đầu vào và AC đầu ra. Có thể thấy một vài máy biến áp trong Hình 1.7.

Các nhà sản xuất biểu thị tất cả các chi tiết ở phía chính hoặc phía đầu vào thông qua hậu tố '1'. Phía thứ cấp, hoặc phía đầu ra, được ký hiệu bằng hậu tố '2' T1 và T2 cho biết số lượng lần lượt trên sơ cấp và thứ cấp tương ứng. Sau đó:

Khi một máy biến áp được thiết kế để giảm nguồn điện 240 V xuống điện áp thấp hơn, chẳng hạn 6 V, phía sơ cấp bao gồm số vòng tương đối cao hơn bằng cách sử dụng dây đo mỏng hơn trong khi phía thứ cấp được chế tạo bằng cách sử dụng số vòng tương đối ít hơn nhưng sử dụng dây đo dày hơn nhiều.

Điều này là do thực tế là điện áp cao hơn liên quan đến dòng điện thấp hơn tương ứng và do đó dây mỏng hơn, trong khi điện áp thấp hơn liên quan đến dòng điện cao hơn tương ứng và do đó dây dày hơn. Giá trị công suất thực sơ cấp và thứ cấp (V x I) gần như bằng nhau trong một máy biến áp lý tưởng.

Khi cuộn dây máy biến áp có nấc điều chỉnh dây trích ra từ một trong các vòng dây (Hình 1.7.b), dẫn đến sự phân chia điện áp trên cuộn dây trên nấc điều chỉnh tỷ lệ với số vòng trên cuộn dây được phân cách bằng dây có nấc điều chỉnh ở giữa.

Độ lớn điện áp thuần trên toàn bộ đầu cuộn thứ cấp sẽ vẫn theo công thức trên

Máy biến áp có thể lớn đến mức nào phụ thuộc vào độ lớn của đặc điểm kỹ thuật dòng thứ cấp của nó. Nếu thông số hiện tại lớn hơn, kích thước biến áp cũng lớn hơn tương ứng.

Ngoài ra còn có máy biến áp thu nhỏ được thiết kế cho mạch tần số cao , như radio, máy phát sóng vv và chúng có một tụ điện bên trong được gắn trên cuộn dây.

Cách sử dụng chất bán dẫn trong các dự án điện tử

Bởi: Rừng M. Mims

Việc xây dựng và thử nghiệm các dự án điện tử có thể rất bổ ích, nhưng cũng rất nhiều thách thức. Nó thậm chí còn trở nên hài lòng hơn, khi bạn là người yêu thích hoàn thành việc xây dựng một dự án mạch, bật nguồn và tìm một mô hình làm việc hữu ích được phát triển từ một số ít các thành phần rác. Điều này khiến bạn cảm thấy mình là người sáng tạo, trong khi dự án thành công thể hiện nỗ lực và kiến ​​thức to lớn của bạn trong lĩnh vực tương ứng.

Điều này có thể chỉ để giải trí trong thời gian rảnh rỗi. Một số người khác có thể muốn hoàn thành một dự án chưa được sản xuất hoặc có thể tùy chỉnh một sản phẩm điện tử thị trường thành một phiên bản sáng tạo hơn.

Để đạt được thành công hoặc khắc phục sự cố lỗi mạch, bạn sẽ phải thông thạo về hoạt động của các thành phần khác nhau và cách thực hiện chính xác trong các mạch thực tế. OK, vậy hãy đi vào vấn đề.

Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ bắt đầu về chất bán dẫn.

Làm sao Chất bán dẫn được tạo bằng Silicon

Bạn sẽ tìm thấy nhiều thành phần bán dẫn khác nhau, nhưng silicon, nguyên tố chính của cát, là một trong những nguyên tố được biết đến nhiều nhất. Một nguyên tử silicon chỉ bao gồm 4 electron trong lớp vỏ ngoài cùng của nó.

Tuy nhiên, nó có thể thích có được 8 trong số họ. Kết quả là, một nguyên tử silic cộng tác với các nguyên tử lân cận của nó để chia sẻ các electron theo cách sau:

Khi một nhóm các nguyên tử silic chia sẻ các electron bên ngoài của chúng, điều đó dẫn đến sự hình thành một dạng sắp xếp được gọi là tinh thể.

Hình vẽ bên dưới cho thấy một tinh thể silicon chỉ có các electron bên ngoài của chúng. Ở dạng tinh khiết, silicon không mang lại mục đích hữu ích.

Do đó, các nhà sản xuất tăng cường các mặt hàng dựa trên silicon này với phốt pho, boron và các thành phần bổ sung. Quá trình này được gọi là 'pha tạp' silicon. Sau khi pha tạp silicon được thực hiện, nó sẽ được tăng cường các đặc tính điện hữu ích.

Silicon pha tạp P và N : Các nguyên tố như Boron, phốt pho, có thể được sử dụng hiệu quả để kết hợp với các nguyên tử silic để sản xuất tinh thể. Đây là mẹo: Một nguyên tử bo chỉ bao gồm 3 electron ở lớp vỏ ngoài cùng của nó, trong khi nguyên tử photpho bao gồm 5 electron.

Khi Silicon được kết hợp hoặc pha tạp với một số electron phốt pho, nó biến đổi thành silicon loại n (n = âm). Khi Silicon được hợp nhất với các nguyên tử boron thiếu điện tử thì silicon bị biến thành silicon loại p (p = dương).

Silicon loại P. Khi nguyên tử boron được pha tạp với một cụm nguyên tử silic, nó sẽ tạo ra một khoang electron trống gọi là 'lỗ trống'.

Lỗ trống này giúp cho một điện tử từ một nguyên tử lân cận có thể 'thả' vào khe (lỗ trống). Điều này có nghĩa là một 'lỗ' đã thay đổi vị trí của nó sang một vị trí mới. Hãy nhớ rằng các lỗ có thể dễ dàng trôi qua silicon (giống như cách bong bóng di chuyển trên nước).

N -Type Silicon. Khi một nguyên tử phốt pho được kết hợp hoặc pha tạp với một cụm nguyên tử silicon, hệ thống sẽ cung cấp thêm một điện tử được phép chuyển qua tinh thể silicon một cách tương đối thoải mái.

Từ giải thích trên chúng ta hiểu rằng silicon loại n sẽ tạo điều kiện cho các electron chuyển động bằng cách làm cho các electron nhảy từ nguyên tử này sang nguyên tử kia.

Mặt khác, silicon loại p cũng sẽ cho phép các electron đi qua nhưng theo hướng ngược lại. Bởi vì trong loại p, chính các lỗ trống hoặc các lớp vỏ electron bị bỏ trống là nguyên nhân gây ra sự di dời của các electron.

Nó giống như so sánh một người chạy trên mặt đất và một người chạy trên máy chạy bộ . Khi một người chạy trên mặt đất, mặt đất vẫn còn văn phòng phẩm và người đó di chuyển về phía trước, trong khi trên máy chạy bộ, người đó vẫn là văn phòng phẩm, mặt đất di chuyển về phía sau. Trong cả hai tình huống, người đó đang trải qua một chuyển động tương đối về phía trước.

Hiểu điốt

Điốt có thể được so sánh với van, và do đó đóng một vai trò quan trọng trong các dự án điện tử để điều khiển hướng dòng điện trong cấu hình mạch.

Chúng ta biết rằng silicon loại n và p đều có khả năng dẫn điện. Điện trở của cả hai biến thể phụ thuộc vào tỷ lệ lỗ trống hoặc các điện tử phụ mà nó sở hữu. Do đó, hai loại cũng có thể hoạt động giống như điện trở, hạn chế dòng điện và chỉ cho phép nó chạy theo một hướng cụ thể.

Bằng cách tạo ra nhiều silicon loại p bên trong đế silicon loại n, các điện tử có thể bị hạn chế di chuyển trên silicon chỉ theo một hướng. Đây là điều kiện làm việc chính xác có thể được chứng kiến ​​trong điốt, được tạo ra bằng pha tạp silicon tiếp giáp p-n.

Cách hoạt động của Diode

Hình minh họa sau đây giúp chúng ta dễ dàng làm rõ về cách một diode phản ứng với điện theo một hướng (thuận) và đảm bảo chặn dòng điện theo hướng ngược lại (ngược).

Trong hình đầu tiên, sự khác biệt về thế năng của pin khiến các lỗ trống và các electron đẩy về phía tiếp giáp p-n. Trong trường hợp mức điện áp vượt quá 0,6 V (đối với một diode silicon), các điện tử bị kích thích để nhảy qua đường giao nhau và hợp nhất với các lỗ trống, làm cho một dòng điện có thể chuyển.

Trong hình thứ hai, sự khác biệt về thế năng của pin làm cho các lỗ trống và các electron bị kéo ra khỏi đường giao nhau. Tình huống này ngăn dòng điện tích hoặc dòng điện chặn đường đi của nó. Điốt thường được gói gọn trong vỏ thủy tinh hình trụ nhỏ.

Một dải hình tròn hơi sẫm hoặc trắng được đánh dấu xung quanh một đầu của thân điốt xác định cực âm của nó. Đầu cuối kia đương nhiên trở thành cực dương. Hình ảnh trên thể hiện cả vỏ bọc vật lý của diode và biểu tượng sơ đồ của nó.

Bây giờ chúng ta đã hiểu rằng một diode có thể được so sánh với một công tắc một chiều điện tử. Bạn vẫn cần nắm bắt đầy đủ một vài yếu tố khác về hoạt động của diode.

Dưới đây là một số điểm quan trọng:

1. Điốt có thể không dẫn điện cho đến khi điện áp chuyển tiếp đặt vào đạt đến một mức ngưỡng cụ thể.

Đối với điốt silicon, nó xấp xỉ 0,7 volt.

2. Khi dòng chuyển tiếp trở nên quá cao hoặc cao hơn giá trị được chỉ định, điốt bán dẫn có thể bị hỏng hoặc cháy! Và các điểm tiếp xúc đầu cuối bên trong có thể tan rã.

Nếu thiết bị bị cháy, diode có thể đột ngột dẫn điện qua cả hai hướng đầu cuối. Nhiệt tạo ra do sự cố này cuối cùng có thể làm thiết bị bốc hơi!

3. Điện áp ngược quá mức có thể dẫn đến một diode dẫn theo hướng ngược lại. Vì điện áp này khá lớn, dòng điện đột ngột có thể làm nứt diode.

Các loại & Sử dụng Diode

Điốt có sẵn ở nhiều dạng và thông số kỹ thuật khác nhau. Dưới đây là một số dạng quan trọng thường được sử dụng trong mạch điện:

Điốt tín hiệu nhỏ: Những loại điốt này có thể được sử dụng để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thấp sang một chiều, cho phát hiện hoặc giải điều chế tín hiệu RF , trong điện áp ứng dụng nhân , hoạt động logic, để trung hòa các xung điện áp cao, v.v. để tạo Bộ chỉnh lưu nguồn.

Bộ chỉnh lưu điện Điốt : có các thuộc tính và đặc điểm tương tự như một diode tín hiệu nhỏ, nhưng chúng được xếp hạng là xử lý cường độ đáng kể của dòng điện . Chúng được gắn trên các vỏ kim loại lớn giúp hấp thụ và tản nhiệt không mong muốn và phân phối nó trên một tấm tản nhiệt đi kèm.

Bộ chỉnh lưu công suất hầu hết có thể được nhìn thấy trong các đơn vị cung cấp điện. Các varuant phổ biến là 1N4007, 1N5402 / 5408, 6A4, v.v.

Điốt Zener : Đây là một loại diode đặc biệt được đặc trưng với một điện áp đánh thủng ngược cụ thể. Có nghĩa là, điốt zener có thể hoạt động giống như một công tắc giới hạn điện áp. Điốt Zener được đánh giá với điện áp đánh thủng tuyệt đối (Vz) có thể nằm trong khoảng từ 2 đến 200 vôn.

Điốt phát sáng hoặc đèn LED : Tất cả các dạng điốt đều có đặc tính phát ra một chút bức xạ điện từ khi đặt vào điện áp bais thuận.

Tuy nhiên, điốt được tạo ra bằng vật liệu bán dẫn như gali arsenide phosphide có khả năng phát ra lượng bức xạ nhiều hơn đáng kể so với điốt silicon thông thường. Chúng được gọi là Điốt phát sáng hoặc đèn LED.

Điốt quang : Giống như điốt phát ra một số bức xạ, chúng cũng thể hiện một số mức độ dẫn điện khi được nguồn sáng bên ngoài chiếu sáng.
Tuy nhiên, các điốt được thiết kế đặc biệt để phát hiện và phản hồi ánh sáng hoặc chiếu sáng được gọi là điốt quang.

Chúng kết hợp một cửa sổ bằng kính hoặc nhựa cho phép ánh sáng đi vào khu vực nhạy cảm với ánh sáng của diode.

Thông thường, chúng có diện tích tiếp giáp lớn để tiếp xúc với ánh sáng cần thiết.

Silicon hỗ trợ việc tạo ra các điốt quang hiệu quả.

Các loại điốt khác nhau được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều ứng dụng. Hiện tại, chúng ta hãy thảo luận về một số chức năng quan trọng của tín hiệu nhỏ điốt và bộ chỉnh lưu :

Đầu tiên là mạch chỉnh lưu sóng đơn mà qua đó dòng điện xoay chiều có nguồn cung cấp phân cực kép thay đổi được chỉnh lưu thành tín hiệu hoặc điện áp cực đơn (dc).

Cấu hình thứ hai là mạch chỉnh lưu toàn sóng bao gồm cấu hình bốn diode và còn được gọi là chỉnh lưu cầu . Mạng này có khả năng chỉnh lưu cả hai nửa của tín hiệu đầu vào AC.

Quan sát sự khác biệt trong kết quả cuối cùng từ hai mạch. Trong mạch nửa sóng, chỉ một chu kỳ của AC đầu vào tạo ra một đầu ra, trong khi trong mạch cầu đầy đủ, cả hai nửa chu kỳ được biến đổi thành một DC phân cực duy nhất.

Transistor

Một dự án điện tử hầu như không thể hoàn thành nếu không có bóng bán dẫn, thứ thực sự tạo thành khối cơ bản của điện tử.

Bóng bán dẫn là thiết bị bán dẫn có ba đầu cuối hoặc dây dẫn. Một lượng dòng điện hoặc điện áp đặc biệt nhỏ trên một trong các dây dẫn cho phép điều khiển lượng dòng điện lớn hơn đáng kể qua hai dây dẫn còn lại.

Điều này có nghĩa là bóng bán dẫn phù hợp nhất để làm việc như bộ khuếch đại và bộ điều chỉnh chuyển mạch. Bạn sẽ tìm thấy hai nhóm bóng bán dẫn chính: lưỡng cực (BJT) và hiệu ứng trường (FET).

Trong cuộc thảo luận này Chúng ta sẽ chỉ tập trung vào các bóng bán dẫn lưỡng cực BJT. Nói một cách đơn giản, bằng cách thêm một điểm nối bổ sung vào một diode tiếp giáp p-n, có thể tạo ra một 'bánh sandwich' silicon 3 ngăn. Hình dạng giống như bánh sandwich này có thể là n-p-n hoặc p-n-p.

Trong cả hai trường hợp, vùng giữa hoạt động giống như một vòi hoặc hệ thống điều khiển để điều chỉnh số lượng electron hoặc điện tích chuyển dịch qua 3 lớp. 3 phần của bóng bán dẫn lưỡng cực là cực phát, đế và cực thu. Vùng cơ bản có thể khá mỏng và nó có ít nguyên tử pha tạp hơn nhiều so với vùng phát và thu.

Kết quả là, dòng điện gốc phát giảm nhiều dẫn đến dòng điện thu cực phát lớn hơn đáng kể để di chuyển. Điốt và bóng bán dẫn tương tự nhau với nhiều đặc tính quan trọng:

Điểm nối cơ sở - emitter giống như điểm nối diode sẽ không cho phép truyền điện tử trừ khi điện áp chuyển tiếp vượt quá 0,7 volt. Lượng dòng điện quá lớn gây ra sự nóng lên của bóng bán dẫn và hoạt động hiệu quả.

Trong trường hợp nhiệt độ bóng bán dẫn tăng lên đáng kể, có thể phải tắt nguồn mạch! Cuối cùng, một lượng dòng điện hoặc điện áp quá mức có thể gây ra hư hỏng vĩnh viễn cho vật liệu bán dẫn cấu tạo nên bóng bán dẫn.

Ngày nay có thể tìm thấy nhiều loại bóng bán dẫn khác nhau. Các ví dụ phổ biến là:

Tín hiệu nhỏ và chuyển mạch : Các bóng bán dẫn này được sử dụng để khuếch đại tín hiệu đầu vào mức thấp lên mức tương đối lớn hơn. Các bóng bán dẫn chuyển mạch được tạo ra để BẬT hoàn toàn hoặc Tắt hoàn toàn. Một số bóng bán dẫn có thể được sử dụng như nhau để khuếch đại và chuyển mạch độc đáo như nhau.

Transistor công suất : Các bóng bán dẫn này được sử dụng trong các bộ khuếch đại công suất cao và bộ nguồn. Các bóng bán dẫn này thường có kích thước lớn và có vỏ kim loại mở rộng để tạo điều kiện tản nhiệt và làm mát tốt hơn, đồng thời cũng để dễ dàng lắp đặt các bộ tản nhiệt.

Tân sô cao : Các bóng bán dẫn này chủ yếu được sử dụng trên các thiết bị RF như radio, TV và lò vi sóng. Các bóng bán dẫn này được chế tạo với vùng cơ bản mỏng hơn và có lượng dimenion trong cơ thể giảm. Các ký hiệu sơ đồ cho bóng bán dẫn npn và pnp có thể được chứng kiến ​​dưới đây:

Hãy nhớ rằng dấu hiệu mũi tên chỉ ra chân của bộ phát luôn hướng về hướng dòng chảy của các lỗ. Khi dấu hiệu mũi tên cho thấy hướng ngược lại với đế thì BJT có một bộ phát bao gồm vật liệu loại n.

Dấu hiệu này đặc biệt xác định bóng bán dẫn là một thiết bị n-p-n với đế có vật liệu loại p. Mặt khác, khi dấu mũi tên hướng về phía đế, điều đó cho biết đế được tạo thành từ vật liệu loại n và các chi tiết mà bộ phát và bộ thu đều bao gồm vật liệu loại p và do đó, thiết bị được một pnp BJT.

Làm thế nào để Sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực

Khi một điện thế đất hoặc 0V được đặt vào đế của một bóng bán dẫn npn, nó sẽ ức chế dòng điện chạy qua các đầu cực cực thu của bộ phát và bóng bán dẫn bị 'tắt'.

Trong trường hợp chân đế được phân cực thuận bằng cách áp dụng hiệu điện thế ít nhất là 0,6 volt trên các chân cực phát của BJT, nó ngay lập tức bắt đầu dòng điện từ bộ phát đến các đầu cực thu và bóng bán dẫn được cho là đã được chuyển mạch ' trên.'

Trong khi các BJT chỉ được cấp nguồn theo hai phương pháp này, bóng bán dẫn hoạt động giống như một công tắc BẬT / TẮT. Trong trường hợp cơ sở được phân cực thuận, cường độ dòng điện cực thu-phát trở nên phụ thuộc vào các biến thể tương đối nhỏ hơn của dòng điện cơ bản.

Các bóng bán dẫn trong những trường hợp như vậy hoạt động giống như một bộ khuếch đại . Chủ đề cụ thể này liên quan đến một bóng bán dẫn trong đó bộ phát được cho là đầu cuối nối đất chung cho cả tín hiệu đầu vào và đầu ra, và được gọi là mạch phát chung . Có thể hình dung một vài mạch phát chung cơ bản qua các sơ đồ sau.

Transistor như một công tắc

Cấu hình mạch này sẽ chỉ chấp nhận hai loại tín hiệu đầu vào, tín hiệu 0V hoặc tín hiệu mặt đất, hoặc điện áp dương + V trên 0,7V. Do đó, trong chế độ này, bóng bán dẫn có thể được BẬT hoặc TẮT. Điện trở ở chân đế có thể nằm trong khoảng từ 1K đến 10K ohms.

Bộ khuếch đại DC bán dẫn

Trong mạch này, biến trở tạo ra một xu hướng thuận cho bóng bán dẫn và điều chỉnh độ lớn của dòng cơ sở / cực phát. Đồng hồ đo hiển thị lượng hiện tại được phân phối qua các đầu phát bộ thu.

Dòng điện trở của đồng hồ đảm bảo an toàn cho đồng hồ trước dòng điện quá mức, và tránh làm hỏng cuộn dây đồng hồ.

Trong một mạch ứng dụng thực tế, chiết áp có thể được thêm vào với một cảm biến điện trở, có điện trở thay đổi để phản ứng với các yếu tố bên ngoài như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, v.v.

Tuy nhiên, trong các tình huống tín hiệu đầu vào thay đổi nhanh chóng, mạch khuếch đại xoay chiều có thể áp dụng như được giải thích bên dưới:

Bộ khuếch đại AC bán dẫn

Sơ đồ mạch cho thấy một mạch khuếch đại xoay chiều bán dẫn rất cơ bản. Tụ điện đặt ở đầu vào ngăn chặn bất kỳ dạng DC nào đi vào đế. Điện trở áp dụng cho phân cực cơ sở được tính toán để thiết lập điện áp bằng một nửa mức cung cấp.

Tín hiệu được khuếch đại 'lướt' dọc theo điện áp không đổi này và thay đổi biên độ của nó theo mức điện áp phản xạ này.

Nếu điện trở xu hướng không được sử dụng, chỉ một nửa nguồn cung cấp trên mức 0,7V sẽ bị khuếch đại gây ra một lượng lớn biến dạng khó chịu.

Về hướng hiện tại

Chúng ta biết rằng khi các electron di chuyển qua một vật dẫn, nó sẽ tạo ra một dòng điện chạy qua vật dẫn đó.

Vì về mặt kỹ thuật, sự chuyển động của các electron thực sự là từ vùng tích điện âm sang vùng tích điện dương, vậy tại sao dấu mũi tên trong biểu tượng diode lại xuất hiện để chỉ ra một dòng electron ngược chiều.

Điều này có thể được giải thích bằng một vài điểm.

1) Theo lý thuyết ban đầu của Benjamin Franklin, người ta cho rằng dòng điện là từ vùng tích điện dương sang vùng tích điện âm. Tuy nhiên, một khi các electron được phát hiện, nó đã tiết lộ sự thật thực tế.

Tuy nhiên, nhận thức tiếp tục được giữ nguyên, và các giản đồ tiếp tục tuân theo trí tưởng tượng thông thường, trong đó dòng hiện tại được thể hiện từ tích cực sang tiêu cực, bởi vì bằng cách nào đó suy nghĩ ngược lại khiến chúng ta khó mô phỏng kết quả.

2) Trong trường hợp chất bán dẫn, nó thực sự là các lỗ trống chuyển động ngược chiều với các electron. Điều này làm cho các electron dường như đang chuyển từ dương sang âm.

Nói một cách chính xác, cần phải lưu ý rằng dòng điện thực sự là dòng điện tích được tạo ra bởi sự có mặt hoặc vắng mặt của điện tử, nhưng liên quan đến ký hiệu điện tử, chúng ta đơn giản thấy cách tiếp cận thông thường dễ theo dõi hơn,

Thyristor

Cũng giống như bóng bán dẫn, thyristor cũng là thiết bị bán dẫn có ba thiết bị đầu cuối và đóng một vai trò quan trọng trong nhiều dự án điện tử.

Cũng giống như một bóng bán dẫn BẬT với dòng điện nhỏ tại một trong các dây dẫn, các thyristor cũng hoạt động theo kiểu tương tự và cho phép dòng điện lớn hơn nhiều dẫn qua hai dây dẫn bổ sung khác.

Sự khác biệt duy nhất là, thyristor không có khả năng khuếch đại tín hiệu AC dao động. Chúng phản hồi lại tín hiệu đầu vào điều khiển bằng cách bật hoàn toàn hoặc tắt hoàn toàn. Đây là lý do tại sao, thyristor còn được gọi là 'công tắc trạng thái rắn.'

Bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon (SCR)

SCR là thiết bị đại diện cho hai dạng cơ bản của thyristor. Cấu trúc của chúng giống với cấu trúc của bóng bán dẫn lưỡng cực nhưng SCR có lớp thứ tư, do đó có ba điểm nối, như minh họa trong hình sau.

Bố cục bên trong SCR và biểu tượng sơ đồ có thể được hình dung trong hình ảnh sau.

Thông thường, sơ đồ chân SCR được hiển thị bằng các chữ cái đơn lẻ như: A cho cực dương, K (hoặc C) cho cực âm và G cho cổng.

Khi chân cực dươngA của SCR được đặt với điện thế dương cao hơn chân cực âm (K), hai điểm nối ngoài cùng trở nên phân cực thuận, mặc dù điểm nối p-n trung tâm vẫn được phân cực ngược để ức chế bất kỳ dòng điện nào chạy qua chúng.

Tuy nhiên, ngay sau khi chân cổng G được đặt với điện áp dương tối thiểu, nó cho phép một công suất lớn hơn nhiều để dẫn qua các chân cực dương / cực âm.

Tại thời điểm này, SCR được chốt và phần còn lại được BẬT ngay cả sau khi loại bỏ định vị cổng. Điều này có thể tiếp tục vô hạn cho đến khi cực dương hoặc cực âm được ngắt kết nối trong giây lát khỏi dòng cung cấp.

Dự án tiếp theo dưới đây cho thấy một SCR được cấu hình giống như một công tắc để điều khiển đèn sợi đốt.

Công tắc bên trái là công tắc push-to-OFF nghĩa là nó sẽ mở khi được nhấn, trong khi công tắc bên phải là công tắc push-to-ON sẽ dẫn khi được nhấn. Khi nhấn công tắc này trong giây lát hoặc chỉ hoặc một giây, công tắc này sẽ BẬT đèn.

SCR chốt và đèn BẬT vĩnh viễn. Để TẮT đèn về trạng thái ban đầu, công tắc bên trái được nhấn trong giây lát.

SCR được sản xuất với các xếp hạng công suất và khả năng xử lý khác nhau, từ 1 amp, 100 vôn đến 10 amps hoặc cao hơn và vài trăm vôn.

Triacs

Triac được sử dụng đặc biệt trong các mạch điện tử yêu cầu chuyển mạch tải AC điện áp cao.

Cấu trúc bên trong của triac thực sự trông giống như hai SCR được nối song song ngược lại. Điều này có nghĩa là một triac có khả năng dẫn điện theo cả hai hướng cho nguồn điện một chiều cũng như xoay chiều.

Để thực hiện tính năng này, triac được xây dựng bằng cách sử dụng năm lớp bán dẫn với một vùng loại n phụ. Các sơ đồ chân triac được kết nối sao cho mỗi chân tiếp xúc với một cặp vùng bán dẫn này.

Mặc dù chế độ làm việc của thiết bị đầu cuối cổng triac tương tự như SCR, nhưng cổng không được tham chiếu cụ thể đến thiết bị đầu cuối cực dương hoặc cực âm, đó là vì triac có thể dẫn cả hai cách nên cổng có thể được kích hoạt với bất kỳ thiết bị đầu cuối nào tùy thuộc vào cho dù một tín hiệu tích cực được sử dụng hay một tín hiệu tiêu cực cho bộ kích hoạt cổng.

Do đó, hai thiết bị đầu cuối mang tải chính của triac được chỉ định là MT1 và MT2 thay vì A hoặc K. Các chữ cái MT đề cập đến 'thiết bị đầu cuối chính'. như trong sơ đồ mạch sau.

Khi một triac được áp dụng để chuyển đổi AC, traic chỉ dẫn điện miễn là cổng vẫn được kết nối với đầu vào nguồn cung cấp nhỏ. Sau khi tín hiệu cổng bị loại bỏ, nó vẫn giữ triac được BẬT nhưng chỉ cho đến khi chu kỳ dạng sóng AC đạt đến vạch giao nhau bằng không.

Khi nguồn AC đạt đến vạch 0, triac sẽ tự TẮT và tải được kết nối vĩnh viễn, cho đến khi tín hiệu cổng được áp dụng trở lại.

Triac có thể được sử dụng để điều khiển hầu hết các thiết bị gia dụng cùng với động cơ và máy bơm.

Mặc dù triac cũng được phân loại theo khả năng xử lý hiện tại của chúng hoặc xếp hạng giống như SCR, nhưng SCR thường có sẵn với xếp hạng hiện tại cao hơn nhiều so với triac.

Chất bán dẫn Thiết bị phát sáng

Khi bị ánh sáng, nhiệt, điện tử và các năng lượng tương tự tiếp xúc ở mức cao, hầu hết các chất bán dẫn có xu hướng phát ra ánh sáng ở bước sóng nhìn thấy được của con người hoặc bước sóng IR.

Các chất bán dẫn lý tưởng thích hợp cho việc này là những chất bán dẫn thuộc họ điốt tiếp giáp p-n.

Điốt phát quang (LED) thực hiện điều này bằng cách chuyển đổi dòng điện trực tiếp thành ánh sáng nhìn thấy. Đèn LED cực kỳ hiệu quả với sự biến đổi dòng điện sang ánh sáng so với bất kỳ dạng nguồn sáng nào khác.

Đèn LED sáng cao màu trắng được sử dụng cho chiếu sáng nhà mục đích, trong khi đèn LED nhiều màu sắc được sử dụng trong các ứng dụng trang trí.

Cường độ LED có thể được kiểm soát bằng cách giảm tuyến tính đầu vào DC hoặc thông qua điều chế độ rộng xung đầu vào còn được gọi là PWM.

Máy dò ánh sáng bán dẫn

Khi bất kỳ dạng năng lượng nào tiếp xúc với tinh thể bán dẫn, nó dẫn đến việc tạo ra dòng điện trong tinh thể. Đây là nguyên tắc cơ bản đằng sau hoạt động của tất cả các thiết bị cảm biến ánh sáng bán dẫn.

Máy dò ánh sáng bán dẫn có thể được phân loại thành các loại chính:

Cái được chế tạo bằng chất bán dẫn tiếp giáp pn và cái khác thì không.

Trong phần giải thích này, chúng tôi sẽ chỉ đề cập đến các biến thể p-n. Đầu báo ánh sáng dựa trên điểm tiếp giáp P-n là thành viên được sử dụng rộng rãi nhất trong họ chất bán dẫn quang tử.

Hầu hết được làm từ silicon và có thể phát hiện cả ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng gần.

Điốt quang:

Điốt quang được thiết kế đặc biệt cho các dự án điện tử được thiết kế để cảm nhận ánh sáng. Bạn có thể tìm thấy chúng trong tất cả các loại tiện ích như trong máy ảnh, chuông bao động trộm , Trực tiếp thông tin liên lạc, v.v.

Trong chế độ máy dò ánh sáng, một diode quang hoạt động bằng cách tạo ra một lỗ trống hoặc chia sẻ điện tử tại một điểm tiếp giáp pn. Điều này làm cho dòng điện di chuyển ngay khi đầu nối phía p và n được kết nối với nguồn cung cấp bên ngoài.

Khi được sử dụng ở chế độ quang điện, điốt quang hoạt động giống như một nguồn dòng điện khi có ánh sáng tới. Trong ứng dụng này, thiết bị bắt đầu hoạt động ở chế độ phân cực ngược để phản ứng với ánh sáng đèn.

Trong trường hợp không có ánh sáng, dòng điện một lượng phút vẫn chạy được gọi là 'dòng điện tối'.

Điốt quang thường được sản xuất trong nhiều kiểu dáng bao bì khác nhau. Chúng hầu hết có sẵn trong thân nhựa, ống kính được cài đặt sẵn và bộ lọc, v.v.

Sự khác biệt chính là kích thước của chất bán dẫn được sử dụng cho thiết bị. Điốt quang dành cho thời gian đáp ứng tốc độ cao trong hoạt động quang dẫn phân cực ngược được chế tạo bằng chất bán dẫn diện tích nhỏ.

Điốt quang có diện tích lớn hơn có xu hướng phản hồi chậm hơn một chút, nhưng có thể có khả năng cung cấp mức độ nhạy sáng cao hơn với ánh sáng.

Điốt quang và đèn LED có chung biểu tượng sơ đồ giống nhau, ngoại trừ hướng của các mũi tên hướng vào trong đối với điốt quang. Điốt quang thường quen với việc nhận ra các xung thay đổi nhanh chóng ngay cả ở bước sóng hồng ngoại gần, như trong truyền thông sóng ánh sáng.

Mạch bên dưới minh họa cách có thể áp dụng điốt quang trong thiết lập đồng hồ đo ánh sáng. Kết quả đầu ra của mạch này là khá tuyến tính.

Dịch chuyển quang

Phototransistor được ứng dụng trong các dự án điện tử đòi hỏi độ nhạy cao hơn. Các thiết bị này được tạo ra độc quyền để khai thác tính năng nhạy cảm với ánh sáng trong tất cả các bóng bán dẫn. Nói chung, một phototransistor có thể được tìm thấy trong một thiết bị npn có phần đế rộng, có thể tiếp xúc với ánh sáng.

Ánh sáng đi vào đế thay thế cho dòng điện phát gốc tự nhiên tồn tại trong các bóng bán dẫn npn bình thường.

Do tính năng này, một phototransistor có thể khuếch đại các biến thể ánh sáng ngay lập tức. Thông thường có hai loại phototransistor npn có thể thu được. Một là với cấu trúc npn tiêu chuẩn, biến thể thay thế đi kèm với một bóng bán dẫn npn bổ sung để cung cấp thêm khả năng khuếch đại và được gọi là bóng bán dẫn 'photodarlington'.

Đây là những cực kỳ nhạy cảm, mặc dù hơi chậm chạp so với phototransistor npn thông thường. Các ký hiệu sơ đồ thường được sử dụng cho các transistor quang như được đưa ra dưới đây:

Biến trở quang thường được áp dụng để phát hiện các xung ánh sáng xoay chiều (xoay chiều). Ngoài ra, chúng còn được sử dụng để xác định ánh sáng liên tục (một chiều), chẳng hạn như mạch sau đây nơi một photodarlington được áp dụng để kích hoạt một rơ le.

Hướng dẫn này sẽ được cập nhật thường xuyên với các thông số kỹ thuật linh kiện mới, vì vậy hãy theo dõi.