Первый транзистор
На фото справа вы видите первый работающий транзистор, который был создан в 1947 году тремя учёными – Уолтером Браттейном, Джоном Бардином и Уильямом Шокли.
Несмотря на то, что первый транзистор имел не очень презентабельный вид, это не помешало ему произвести революцию в радиоэлектронике.
Трудно предположить, какой бы была нынешняя цивилизация, если бы транзистор не был изобретён.
Транзистор является первым твёрдотельным устройством, способным усиливать, генерировать и преобразовывать электрический сигнал. Он не имеет подверженных вибрации частей, обладает компактными размерами. Это делает его очень привлекательным для применения в электронике.
Это было маленькое вступление, а теперь давайте разберёмся более подробно в том, что же представляет собой транзистор.
Сперва стоит напомнить о том, что транзисторы делятся на два больших класса. К первому относятся так называемые биполярные, а ко второму – полевые (они же униполярные). Основой как полевых, так и биполярных транзисторов является полупроводник. Основной же материал для производства полупроводников - это германий и кремний, а также соединение галлия и мышьяка - арсенид галлия (GaAs ).
Стоит отметить, что наибольшее распространение получили транзисторы на основе кремния, хотя и этот факт может вскоре пошатнуться, так как развитие технологий идёт непрерывно.
Так уж случилось, но вначале развития полупроводниковой технологии лидирующее место занял биполярный транзистор. Но не многие знают, что первоначально ставка делалась на создание полевого транзистора. Он был доведён до ума уже позднее. О полевых MOSFET-транзисторах читайте .
Не будем вдаваться в подробное описание устройства транзистора на физическом уровне, а сперва узнаем, как же он обозначается на принципиальных схемах. Для новичков в электронике это очень важно.
Для начала, нужно сказать, что биполярные транзисторы могут быть двух разных структур. Это структура P-N-P и N-P-N. Пока не будем вдаваться в теорию, просто запомните, что биполярный транзистор может иметь либо структуру P-N-P, либо N-P-N.
На принципиальных схемах биполярные транзисторы обозначаются вот так.
Как видим, на рисунке изображены два условных графических обозначения. Если стрелка внутри круга направлена к центральной черте, то это транзистор с P-N-P структурой. Если же стрелка направлена наружу – то он имеет структуру N-P-N.
Маленький совет.
Чтобы не запоминать условное обозначение, и сходу определять тип проводимости (p-n-p или n-p-n) биполярного транзистора, можно применять такую аналогию.
Сначала смотрим, куда указывает стрелка на условном изображении. Далее представляем, что мы идём по направлению стрелки, и, если упираемся в «стенку» – вертикальную черту – то, значит, «Прохода Н ет»! "Н ет" – значит p-n -p (П-Н -П ).
Ну, а если идём, и не упираемся в "стенку", то на схеме показан транзистор структуры n-p-n. Похожую аналогию можно использовать и в отношении полевых транзисторов при определении типа канала (n или p). Про обозначение разных полевых транзисторов на схеме читайте
Обычно, дискретный, то есть отдельный транзистор имеет три вывода. Раньше его даже называли полупроводниковым триодом. Иногда у него может быть и четыре вывода, но четвёртый служит для подключения металлического корпуса к общему проводу. Он является экранирующим и не связан с другими выводами. Также один из выводов, обычно это коллектор (о нём речь пойдёт далее), может иметь форму фланца для крепления к охлаждающему радиатору или быть частью металлического корпуса.
Вот взгляните. На фото показаны различные транзисторы ещё советского производства, а также начала 90-ых.
А вот это уже современный импорт.
Каждый из выводов транзистора имеет своё назначение и название: база, эмиттер и коллектор. Обычно эти названия сокращают и пишут просто Б (База ), Э (Эмиттер ), К (Коллектор ). На зарубежных схемах вывод коллектора помечают буквой C , это от слова Collector - "сборщик" (глагол Collect - "собирать"). Вывод базы помечают как B , от слова Base (от англ. Base - "основной"). Это управляющий электрод. Ну, а вывод эмиттера обозначают буквой E , от слова Emitter - "эмитент" или "источник выбросов". В данном случае эмиттер служит источником электронов, так сказать, поставщиком.
В электронную схему выводы транзисторов нужно впаивать, строго соблюдая цоколёвку. То есть вывод коллектора запаивается именно в ту часть схемы, куда он должен быть подключен. Нельзя вместо вывода базы впаять вывод коллектора или эмиттера. Иначе не будет работать схема.
Как узнать, где на принципиальной схеме у транзистора коллектор, а где эмиттер? Всё просто. Тот вывод, который со стрелкой – это всегда эмиттер. Тот, что нарисован перпендикулярно (под углом в 90 0) к центральной черте – это вывод базы. А тот, что остался – это коллектор.
Также на принципиальных схемах транзистор помечается символом VT или Q . В старых советских книгах по электронике можно встретить обозначение в виде буквы V или T . Далее указывается порядковый номер транзистора в схеме, например, Q505 или VT33. Стоит учитывать, что буквами VT и Q обозначаются не только биполярные транзисторы, но и полевые в том числе.
В реальной электронике транзисторы легко спутать с другими электронными компонентами, например, симисторами, тиристорами, интегральными стабилизаторами, так как те имеют такие же корпуса. Особенно легко запутаться, когда на электронном компоненте нанесена неизвестная маркировка.
В таком случае нужно знать, что на многих печатных платах производится разметка позиционирования и указывается тип элемента. Это так называемая шелкография. Так на печатной плате рядом с деталью может быть написано Q305. Это значит, что этот элемент транзистор и его порядковый номер в принципиальной схеме – 305. Также бывает, что рядом с выводами указывается название электрода транзистора. Так, если рядом с выводом есть буква E, то это эмиттерный электрод транзистора. Таким образом, можно чисто визуально определить, что же установлено на плате – транзистор или совсем другой элемент.
Как уже говорилось, это утверждение справедливо не только для биполярных транзисторов, но и для полевых. Поэтому, после определения типа элемента, необходимо уточнять класс транзистора (биполярный или полевой) по маркировке, нанесённой на его корпус.
Полевой транзистор FR5305 на печатной плате прибора. Рядом указан тип элемента - VT
Любой транзистор имеет свой типономинал или маркировку. Пример маркировки: КТ814. По ней можно узнать все параметры элемента. Как правило, они указаны в даташите (datasheet). Он же справочный лист или техническая документация. Также могут быть транзисторы этой же серии, но чуть с другими электрическими параметрами. Тогда название содержит дополнительные символы в конце, или, реже, в начале маркировки. (например, букву А или Г).
Зачем так заморачиваться со всякими дополнительными обозначениями? Дело в том, что в процессе производства очень сложно достичь одинаковых характеристик у всех транзисторов. Всегда есть определённое, пусть и, небольшое, но отличие в параметрах. Поэтому их делят на группы (или модификации).
Строго говоря, параметры транзисторов разных партий могут довольно существенно различаться. Особенно это было заметно ранее, когда технология их массового производства только оттачивалась.
Полярность цилиндрической батарейки Условное графическое обозначение
и условное графическое обозначение. батарейки на схеме в соответствии с ГОСТ.
Обозначение батарейки на электрических схемах содержит короткую черту, обозначающую отрицательный полюс и длинную черту – положительный полюс. Одиночную батарейку, используемую для питания прибора, на схемах обозначают латинской буквой G, а батарею, состоящую из нескольких батареек буквами GB.
Примеры использования обозначения батареек в схемах.
Самое простое условное графическое обозначение батарейки или аккумулятора в соответствии с ГОСТ использовано в схеме 1. Более информативное обозначение батареи в соответствии с ГОСТ использовано в схеме 2, здесь отражено количество батареек в составе групповой батареи, указано напряжение батареи и положительный полюс. ГОСТ допускает использовать обозначение батареи, примененное в схеме 3.
Часто в бытовой технике встречается использование нескольких цилиндрических батареек. Включение различного количества последовательно соединенных батареек позволяет получать источники питания, обеспечивающие различное напряжение. Такой батарейный источник питания дает напряжение равное сумме напряжений всех входящих батареек.
Последовательное соединение трех батареек с напряжением 1,5 вольта обеспечивает напряжение питания прибора величиной 4,5 вольта.
При последовательном включении батареек, ток, отдаваемый в нагрузку, сокращается из-за возрастающего внутреннего сопротивления источника питания.
Подключение батареек к пульту дистанционного управления телевизором.
Например, мы сталкиваемся с последовательным включением батареек при их замене в пульте управления телевизором.
Параллельное включение батареек используется редко. Преимущество параллельного включения состоит в увеличении тока нагрузки, собранного таким образом источника питания. Напряжение включенных параллельно батареек остается прежним, равным номинальному напряжению одной батарейки, а ток разряда увеличивается пропорционально количеству объединенных батарей. Несколько слабых батареек можно заменить на одну более мощную, поэтому для маломощных батареек использовать параллельное включение бессмысленно. Параллельно включать есть смысл только мощные батарейки, из-за отсутствия или дороговизны батарейки с еще большим током разряда.
Параллельное включение батареек.
Такое включение имеет недостаток. Батарейки не могут иметь точно совпадающее напряжение на контактах при отключенной нагрузке. У одной батарейки это напряжение может составлять 1,45 вольта, а у другой 1,5 вольта. Это вызовет протекание тока от батарейки с большим напряжением к батарейке с меньшим. Будет происходить разряд при установке батареек в отсеки прибора при отключенной нагрузке. В дальнейшем при такой схеме включения саморазряд происходит быстрее, чем при последовательном включении.
Комбинируя последовательное и параллельное соединение батареек можно получить различную мощность источника батарейного питания.
В настоящее время электронные компоненты используются повсюду. Без них уже невозможно представить себе нашу жизнь. Появляются новые устройства, а вместе с ними растет и рынок потребления различных электронных составляющих.
Всеобщая миниатюризация и снижение энергопотребления привела к широкой распространенности SMD-компонентов. Тем не менее, в любых электронных устройствах применяются все те же транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, стабилитроны и тд. Ниже приведена классификация радиодеталей , использующихся в радиоэлектронных схемах.
Резисторы.
Постоянные, переменные и подстроечные резисторы обладают различной номинальной мощностью рассеивания. В основном это 0.063 - 10вт. Единицы измерения - Омы. Встречаются постоянные резисторы и значительно большей мощности до 100-200вт с водяным охлаждением. Например, такие резисторы применяются для измерения силы тока идущего через шину заземления при измерении сопротивления самой шины. В некоторых электрических цепях особо важное значение имеет материал изготовления. Это связано с температурной нестабильностью некоторых диэлектриков и с шумом, который возникает при прохождении тока через проводник.Для SMD резисторов важное значение имеет подаваемое напряжение, поэтому чем меньше типоразмер, тем меньшее напряжение можно будет подвести к контактам такого сопротивления. Иначе будет пробой. И ток пойдет не через резистивный слой резистора, а между его контактами напрямую.
Конденсаторы.
Различные виды конденсаторов предназначены для одной цели - накапливать электрический заряд и отдавать его. Конденсаторы не проводят постоянный ток. Емкость измеряется в фарадах. Таким образом они могут служить для сглаживания пульсаций в источниках постоянного и переменного тока, использоваться для отсечения постоянной составляющей при совмещении различных каскадов, служить буферной емкостью для облегчения режимов работы выпрямителей, снижать влияние импульсных помех на работу высокочувствительных элементов, использоваться при настройке высокочастотных колебательных контуров приемников и генераторов, сдвига по фазе и тд.
Индуктивности.
Катушки индуктивности, трансформаторы и дроссели применяются для настройки колебательных контуров, изменения величины напряжения и тока, сглаживания помех и тд. В прошлом веке самое широкое распространение трансформаторы получили в источниках электропитания, цепях гальванической развязки. В настоящее время классические блоки питания все больше вытесняются импульсными источниками питания. Однако, и в последних без трансформаторов не обойтись. Причина все та же - необходимость гальванической развязки на выходе источника питания. Катушки индуктивности применяются в основном для сглаживания пульсаций, повышения напряжения в импульсных цепях, различных контурах и приемопередающих устройствах.
Транзисторы.
В середине прошлого века электронные лампы уже перестали удовлетворять быстро растущий рынок радиотехники. И на смену им пришли транзисторы. Они значительно меньше по габаритам потребляют меньшее количество электроэнергии. Конечно, самый главный фактор, обусловивший смену двух прототипов - это габариты. Даже микропроцессор в котором находятся миллионы транзисторов во много раз меньше одной электролампы. Принцип действия транзистора основывается на проводимости P-N переходов. Бывают составные, биполярные, полевые с изолированными затворами, плоскостные, тонкопленочные и тд. Транзисторы входят в состав оптронов.
Диод - это полупроводник, проводящий ток только в одном направлении. Диоды обычно используются в выпрямителях переменного тока, диодных мостах. Их также применяют для защиты от переполюсовки. Материал диодов - в основном применяется кремний. Ранее были распространены также германиевые диоды. Дело в том, что у диодов из разных материалов разные падения напряжения. Так падение напряжения на германиевом диоде составляет 0,2-0,5 вольт, на кремниевом - 0,7-0,8 вольт. А это, в свою очередь, сказывается на нагреве самого диода. Этот фактор необходимо учитывать при проектировании источников электропитания.
Микросхемы.
Микросхемы - это электронный компонент внутри которого находятся транзисторы, резисторы, конденсаторы и тд. По типу изготовления различают полупроводниковые, пленочные и гибридные. В производстве микросхем используются различные методы: напыление, эпитаксию, ионное легирование, нанесение пленок, травление и тд. В настоящее время этот вид полупроводниковых приборов распространен повсеместно.
Все радиотехнические устройства буквально напичканы массой радиодеталей. Чтобы понимать содержимое плат, нужно разбираться в видах и предназначении деталей. Радиоэлементы расположены в определённом порядке. Связанные дорожками на плате, они представляют собой электронное устройство, которое обеспечивают работу радиотехнического оборудования различного назначения. Существуют международное обозначение радиодеталей на схеме и их название.
Систематизация электронных компонентов нужна для того, чтобы радиотехник, инженер электроник могли свободно ориентироваться в подборе радиодеталей для создания и ремонта плат радиотехнических устройств. Классификацию наименований и видов радиодеталей производят по трём направлениям:
Аббревиатура из трёх букв ВАХ расшифровывается как вольт-амперная характеристика. ВАХ отражает зависимость тока от напряжения, протекающего в каком-либо радиокомпоненте. Характеристики выглядят в виде графиков, где по ординате откладывают значения силы тока, по абсциссе отмечают величину напряжения. По форме графика радиокомпоненты разделяют на пассивные и активные элементы.
Радиодетали, чьи характеристики выглядят в виде прямой линии, называют линейными или пассивными радиоэлементами. К пассивным деталям относятся:
К элементам с нелинейной характеристикой относятся:
Характеристики, выраженные на графиках изогнутой функцией, относятся к нелинейным радиоэлементам.
По способу монтажа их делят на три категории:
По своему назначению радиоэлементы можно разбить на несколько групп:
По функциональным возможностям радиодетали разделяют на следующие компоненты.
Сопротивление нужно для ограничения силы тока в электросхемах, также оно создаёт падение напряжения на отдельном участке электрической цепи.
Резистор характеризуется тремя параметрами:
Эта величина обозначается в Омах и его производных. Значение сопротивления для радиотехнических резисторов заключается в пределах от 0,001 до 0,1 Ом.
Если ток превышает номинальную величину для определённого резистора, то он может перегореть. В случае протекания тока силой 0.1 А через сопротивление его принимаемая мощность должна быть не менее 1 Вт. Если поставить деталь мощностью 0,5 Вт, то она быстро выйдет из строя.
Величина допуска сопротивления присваивается резистору производителем. Технология производства не позволяет добиться абсолютной точности величины сопротивления. Поэтому резисторы имеют допуски отклонения параметра в ту или другую сторону.
Для бытовой техники допуск может быть от – 20% до + 20%. Например, резистор 1 Ом может быть по факту 0,8 или 1,2 Ом. Для высокоточных систем, применяемых в военной и медицинской сферах, допуск составляет 0,1-0,01%.
Кроме обычных сопротивлений, установленных на платах, существуют такие резисторы, как:
Наглядным примером переменного сопротивления является регулятор уровня громкости звука в любой бытовой радиотехники. Внутри корпуса находится графитовый диск, по которому перемещается съёмник тока. Положение съёмника регулирует величину сопротивления площади диска, через который проходит ток. За счёт этого изменяется сопротивление в цепи, и меняется уровень громкости.
В компьютерах и аналогичной технике устанавливают на платах SMD резисторы. Чипы изготавливают по плёночной технологии. Параметр сопротивления зависит от толщины резистивной плёнки. Поэтому изделия делят на два вида: толстоплёночные и тонкоплёночные.
Радиоэлемент накапливает электрический заряд, разделяя переменную и постоянную составляющую тока, фильтруя пульсирующий поток электрической энергии. Конденсатор состоит из двух токопроводящих обкладок, между которых вложен диэлектрик. В качестве прокладки используют воздух, картон, керамику, слюду и пр.
Характеристикой радиокомпонента являются:
Ёмкость конденсаторов выражают в микрофарадах. Величина ёмкости в этих единицах измерения обычно отображается числом на корпусе детали.
Обозначение вольтажа радиодеталей даёт представление о напряжении, при котором конденсатор может исполнять свои функции. В случае превышения допустимой величины деталь будет пробита. Повреждённый конденсатор станет простым проводником.
Допустимое колебание напряжения достигает 20-30% от номинального значения. Такой допуск разрешён для использования радиокомпонентов в бытовой аппаратуре. В устройствах высокой точности допустимое изменение напряжения составляет в пределах не более 1%.
К элементам акустики относятся динамики различной конфигурации. Их всех объединяет единый принцип строения. Назначение громкоговорителей заключается в преобразовании изменений частоты электрического тока в звуковые колебания воздуха.
Интересно. Динамические головки прямого излучения встроены в радиотехнические устройства во всех сферах деятельности человека.
Основные параметры акустики следующее.
Величину электрического сопротивления можно определить замером цифрового мультиметра на звуковой катушке динамика. Она представляет собой обычную катушку индуктивности. Большинство звуковых приборов акустики обладает сопротивлением в пределах от 2 до 8 Ом.
Слух человека восприимчив к звуковым колебаниям в пределах от 20 Гц до 20000 Гц. Одно акустическое устройство не может воспроизвести весь этот диапазон звуковых частот. Поэтому для идеального воспроизведения звука динамики делают трёх видов: низкочастотные, средние и громкоговорители высокой частоты.
Внимание! Разночастотные звуковые головки объединяют в единую систему акустики (колонки). Каждый из динамиков воспроизводит звуки в своём диапазоне, в сумме получается идеальное звучание.
Величина мощности каждого конкретного динамика указана на его тыльной стороне в Ваттах. Если на динамическую головку будет подан электрический импульс, превышающий номинальную мощность устройства, то динамик начнёт искажать звук и вскоре выйдет из строя.
Переворот в производстве радиоприёмников в прошлом веке совершили диоды и транзисторы. Они заменили собой громоздкие радиолампы. Радиокомпонент представляет запорное устройство по аналогии с водопроводным краном. Радиоэлемент действует в одном направлении электрического тока. Поэтому его называют полупроводником.
К параметрам, характеризующим электрический ток, относятся три показателя: сопротивление, напряжение и сила тока. Ещё совсем недавно для измерения этих величин пользовались громоздкими приборами такими, как амперметр, вольтметр и омметр. Но с приходом эры транзисторов и микросхем появились компактные устройства – мультиметры, которыми можно определить все три характеристики тока.
Важно! Радиолюбитель в своём арсенале должен иметь мультиметр. Это универсальное устройство позволяет тестировать радиоэлементы, замерять различные характеристики проходящего тока на всех участках радиосхемы.
Для стыковки узлов схем без пайки применяют различные виды разъёмов. Производители радиотехники используют компактные конструкции контактных соединений.
Функционально они выполняют работу тех же разъёмов. Отличием является то, что отключение и включение электрического потока производится без нарушения целостности электрической цепи.
Важно понимать маркировку радиодеталей. На корпус элемента наносят информацию о его характеристик. Например, мощность резистора обозначают цифрами или цветовыми полосами. Описать все маркировки в одной статье весьма затруднительно. В сети можно скачать справочное пособие по маркировке радиоэлементов и их описание.
Обозначение на схемах радиоэлементов выглядит в виде графических фигур. Так, например, резистор изображают вытянутым прямоугольником с рядом расположенной буквой «R» и порядковым номером. «R15» означает, что резистор по схеме является 15-м по счёту. Тут же прописывают величину рассеваемой мощности сопротивления.
Особое внимание нужно уделить обозначению на микросхемах. К примеру, можно рассмотреть микросхему КР155ЛАЗ. Первая буква «К» означает широкую область применения. Если будет стоять «Э», то это экспортное исполнение. Вторая литера «Р» определяет материал и тип корпуса. В данном случае это пластмасса. Единица – это тип детали, в примере это полупроводниковая микросхема. 55 – порядковый номер серии. Последующие буквы выражают логику И-НЕ.
Начинать надо с чтения принципиальных схем. Для более эффективного обучения нужно изучение теории совмещать с практикой. Необходимо понимать все обозначения на плате. Для этого существует масса информации в интернете. Будет неплохо иметь под рукой справочный материал в книжном формате. Параллельно с усвоением теории нужно научиться паять простые схемы.
Для соединения радиокомпонентов используют платы. Чтобы сделать контактные дорожки, применяют специальный раствор для травления медной фольги на диэлектрическом слое печатной платы. Лишняя фольга удаляется, остаются только нужные дорожки. К их краям припаивают выводы деталей.
Дополнительная информация. Литиевые аккумуляторы, нагреваясь от паяльника, могут вздуться и разрушиться. Чтобы этого не происходило, применяют точечную сварку.
Чтобы расшифровать буквенные обозначения деталей в схеме, нужно воспользоваться специальными таблицами, утверждённые ГОСТом. Первая буква означает устройство, вторая и третья литера уточняют конкретный вид радиокомпонента. Например, F означает разрядник или предохранитель. Полностью буквы FV дают знать, что это предохранитель.
Графика схем включает в себя условное двухмерное обозначение радиоэлементов, принятых во всём мире. Например, резистор – прямоугольник, транзистор – круг, в котором линиями показано направление тока, дроссель – растянутая пружинка и т.д.
Начинающий радиолюбитель должен иметь под рукой таблицу изображений радиодеталей. Ниже приведены примеры таблиц графических обозначений радиодеталей.
Для начинающих радиолюбителей важно запастись справочной литературой, где можно найти информацию о предназначении определённого радиокомпонента и его характеристиках. Как изготовить самостоятельно печатные платы и как правильно паять схемы, можно научиться по видео урокам в сети.
