Простейшие элементы электронных схем

Простейшие элементы электронных схем
18.02.2021

Резистор
18.02.2021
РЕЗИСТОР – простейший элемент электронных схем
+10V
Ток: 1мА
1 K
9 K
? V
? V
Пример:
9 V
1 V
Ответ:

Резистор
18.02.2021
Основные характеристики:
Сопротивление: определяется ГОСТами, для 2%-ой точности задают ряды возможных значений сопротивления, например, 5 и 3, 6 и 3, и т.д.
Точность: для 1%-ой точности ряд более частый, чем для 2%-ой
Чем выше точность, тем чаще расположены значения сопротивления
Номиналы выбираются из стандартных рядов (E4, E5, E6, …)
Чем выше точность, тем больше возможных значений сопротивлений резисторов
Например: для точности 20% - E6 всего 6 номиналов + расширения приставками (кило, мега и т.д.)
Для точности 5% - 24 значения;
Самая грубая точность – 20% Самая высокая точность – 0,01%
Ходовая: 1% - 5%

Резистор
18.02.2021
Температурный коэффициент: ТКС
Изменение сопротивления резистора с изменением температуры

Позисторы
18.02.2021
Использование: Позисторы широко используются в качестве самовосстанавливающихся предохранителей
Минусы: ∙ Долгое время срабатывания; для возврата в исходное состояние нужно снизить ток до величины ниже некоторого порога.
∙ Позисторы отдают тепло элементам системы.
∙ Плохо реагируют на частые включения/выключения.
∙ Переходные процессы: 5-15 секунд. Восстановление зависит от того, как именно позистор впаян в схему.

Позисторы
18.02.2021
Рассеиваемая мощность:
Мощность – произведение силы тока на напряжение.
Выделенное тепло расходуется в трёх направлениях:
- излучение (свечение)
- нагревание воздуха (конвекция – рассеивание тепла)
- отдача лишнего тепла в платы, так как элементы впаяны
Если тепло рассеивается медленно, то резистор нагревается,
хорошие резисторы – РЕБРИСТЫЕ
Максимальная рассеиваемая мощность выбирается из ряда, который опр. ГОСТ:
0,01; 0,025; 0,05; 0,062; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 5; 8;…500 (Вт)
Стандартный ряд возможных максимальных значений
Типичный: 0,125-10 (Вт)

Резистор
18.02.2021
ОБОЗНАЧЕНИЯ:
R15 – это не номинал, а номер по порядку в схеме

Способ монтажа:
● Выводные резисторы: из тела резистора торчат провода
Предназначен для пайки в отверстие.
Резистор
18.02.2021
Минус:
∙ Необходимость в ФОРМОВКЕ – придании нужной формы (выгибание)
Применяются в мощных схемах с большим выделением тепла

Способ монтажа:
● Резисторы для поверхностного монтажа:
SMD – резисторы
Применяются в телефонах
Резистор
18.02.2021
Достоинства:
∙ Удобство монтажа, особенно автоматического монтажа (наносят пасту, раскладывают резисторы, в печь, готово)
∙ Более популярны, вытесняют выводные, которые нужны для мощных установок с необходимостью вывода тепла.
∙ В случае несимметричной расстановки на плату при плавлении ФЛЮСА (кусочки олова) SMD-резисторы выстраиваются за счёт силы поверхностного натяжения олова – ПРОЦЕСС ЦЕНТРОВКИ
Токопроводящие насадки

Резистор
18.02.2021
ХАРАКТЕРИСТИКИ:
РАЗМЕРЫ (ГАРАБИТЫ)
ТОЧНОСТЬ (1-5%)
Существуют классификации по форм-фактору (типоразмеру).
Размеры однозначно определяют максимальную рассеиваемую мощность:
04 02 – размеры в дюймах
(западная размерность)
?

ОБОЗНАЧЕНИЕ НОМИНАЛОВ ВЫВОДНЫХ РЕЗИСТОРОВ.
СИСТЕМЫ ОБОЗНАЧЕНИЙ
18.02.2021

Системы обозначений
18.02.2021
При помощи ЦВЕТНОГО КОДА:
На теле резистора рисуют несколько цветных колечек, их наличие – величина в кОм. Используя специальные таблицы комбинацию цветных колец переводят в числовое значение сопротивления резистора
(В России эта система не прижилась)
Резистор с 4 цветными ножками
коричневый
чёрный
оранжевый
красный
зелёный
жёлтый
фиолетовый
синий
белый
серый
серебряный
золотой

Системы обозначений
18.02.2021
2) С помощью символов RKM:

Обозначение номиналов на SMD-резисторах
18.02.2021

Обозначение номиналов на SMD-резисторах
18.02.2021

РАЗНОВИДНОСТИ РЕЗИСТОРОВ
18.02.2021

Разновидности резисторов
18.02.2021
1) ПЕРЕМННЫЕ РЕЗИСТОРЫ:
Школьный
Приёмники, радио с крутящимися ручками
Потенциометр

Разновидности резисторов
18.02.2021
2) ПОДСТРОЧНЫЕ РЕЗИСТОРЫ:
Применяются при настройке прибора, нет постоянной возможности изменять (крутить) без использования отвёртки
При смещении ползунка влево – R ↓ до 0
После настройки – фиксируем клеем, лаком или мастикой.
Не для постоянного подстраивания

Разновидности резисторов
18.02.2021
3) ТЕРМИСТОР, ПОЗИСТОР
Сопротивление резистора зависит от температуры

КОНДЕНСАТОРЫ
18.02.2021

Конденсаторы
18.02.2021
Формулы для соединений конденсаторов

Конденсаторы
18.02.2021
Бывают выводные и SMD
Выводные: дисковые, трубчатые, с редкоземельными металлами (тантал)
SMD-конденсаторы: В отличие от SMD-резисторов на SMD-конденсаторах нет никаких обозначений
Единственный способ измерения ёмкости: впаять в схему и измерить прибором

ИНДУКТИВНОСТИ
18.02.2021

Индуктивности
18.02.2021
Огромное число разновидностей + различные сердечники
ФОРМУЛЫ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЙ ИНДУКТИВНОСТЕЙ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД
18.02.2021

Полупроводниковый диод
18.02.2021
А – анод К – катод

Полупроводниковый диод
18.02.2021

Полупроводниковый диод
18.02.2021

Полупроводниковый диод
18.02.2021
ДИОД – полупроводниковый прибор, у которого односторонняя проводимость
Для мощных диодов: доли миллиАмпер
Для маломощных диодов: микроАмперы и ниже

Полупроводниковый диод
18.02.2021
Электрический пробой переходит в тепловое разрушение материала проводника, диод выгорает и ведёт себя как резистор с малым сопротивлением.
Но возможны 2 ситуации:
Диод превращается в проводник с малым сопротивлением
Пробой носит характер разрыва цепи, ток совсем не течёт

Полупроводниковый диод
18.02.2021
ВАХ диода зависит от материала полупроводника
Германий ранее широко использовался в полупроводниках, но в настоящий момент он почти вытеснен кремниевыми полупроводниковыми устройствами.

Полупроводниковый диод
18.02.2021

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИОДОВ
18.02.2021

Основные характеристики диодов
18.02.2021

ДИОД ШОТТКИ
18.02.2021

LED (Светодиод)
18.02.2021

Zener (Стабилитрон)
18.02.2021
работает на обратной ветви ВАХ, имеет расширенную зону электрического пробоя

ОБОЗНАЧЕНИЯ НА СХЕМЕ:
18.02.2021

LED (Светодиод)
18.02.2021

Стабилитрон. Диод Зейнера
18.02.2021
Стабилитрон работает на обратной ветви ВАХ, имеет расширенную зону электрического пробоя

Простейший СТАБИЛИЗАТОР на базе стабилитрона
18.02.2021

Простейший СТАБИЛИЗАТОР на базе стабилитрона
18.02.2021

Простейший СТАБИЛИЗАТОР на базе стабилитрона
18.02.2021

Простейший СТАБИЛИЗАТОР на базе стабилитрона
18.02.2021
Из свойств стабилитрона вытекает наиболее частое использование его в качестве маломощного стабилизатора напряжения.
Типичное значение тока, которое может выдать стабилизатор в нагрузку имеет порядок от нескольких десятков миллиампер (для маломощных) до сотен миллиампер (для мощных)

Простейший СТАБИЛИЗАТОР на базе стабилитрона
18.02.2021
Одна из основных характеристик

Простейший СТАБИЛИЗАТОР на базе стабилитрона
18.02.2021
Схема
Возьмём плохой источник напряжения:
На входе имеются «просадки» Напряжение на выходе практически идеально, за исключением коротких моментов, когда входное напряжение опускается ниже напряжения стабилизации.

Простейший СТАБИЛИЗАТОР на базе стабилитрона
18.02.2021
Пример 2:
небольшие пульсации входного напряжения и заметные пульсации тока нагрузки
Напряжение значительно выше напряжения стабилизации, возможно с некоторыми пульсациями
Если тока будет недостаточно, то напряжение «просядет»
В начале ток напряжения небольшой, стабилитрон пропускает ток и «делится» с нагрузкой, компенсируя потенциальные просадки
В данном случае всё хорошо скомпенсировалось

СТАБИЛИЗАТОР
18.02.2021

СТАБИЛИЗАТОР
18.02.2021
У идеального стабилитрона рабочая зона выглядит как прямая линия
У реального прямая не вертикальна и может даже быть кривой
Чем она менее вертикальна, тем сильнее характеристики реального отличаются от идеального

Схемы-ограничители напряжения
18.02.2021

Схемы-ограничители напряжения
18.02.2021
ПРИМЕР 3: реализация схем-ограничителей напряжения на базе стабилитрона:
Наиболее типичное применение: в качестве организации сигнала в высокочувствительной измерительной аппаратуре.

Схемы-ограничители напряжения
18.02.2021
ПРИМЕР 3: реализация схем-ограничителей напряжения на базе стабилитрона:
Наиболее типичное применение: в качестве организации сигнала в высокочувствительной измерительной аппаратуре.

Схемы-ограничители напряжения
18.02.2021
ПРИМЕР 3: реализация схем-ограничителей напряжения на базе стабилитрона:
Наиболее типичное применение: в качестве организации сигнала в высокочувствительной измерительной аппаратуре.

Схемы-ограничители напряжения
18.02.2021
ПРИМЕР 3: реализация схем-ограничителей напряжения на базе стабилитрона:
Наиболее типичное применение: в качестве организации сигнала в высокочувствительной измерительной аппаратуре.

Регулируемый ограничитель
18.02.2021

Регулируемый ограничитель
18.02.2021

Регулируемый ограничитель
18.02.2021

ДИНИСТОРЫ
18.02.2021

ДИНИСТОРЫ
18.02.2021
Электрический подъём
Тепловое нагревание
Тепловой пробой
Разрушение кристалла

ДИНИСТОРЫ
18.02.2021
ДИНИСТОР – полупроводниковый прибор, который работает на прямой ветви ВАХ и имеет 2 состояния:
Прибор закрыт
Прибор открыт
В открытом состоянии динистор ведёт себя как обычный диод, включенный в прямом направлении (отличие – пороговое напряжение: 1-1,5 V)
В закрытом состоянии динистор ведёт себя как разрыв цепи. При обратном напряжении его поведение сходно с обычным диодом. До какого-то обратного напряжения – закрыт, происходит электрический, тепловой пробой

ДИНИСТОРЫ
18.02.2021
После пробоя динистора его сопротивление резко падает (лавинообразно) и динистор ведёт себя как диод

ДИНИСТОРЫ
18.02.2021
Чтобы вернуть динистор в закрытое состояние нужно снизить ток через динистор ниже пороговой величины (записано в описании прибора: доли миллиампер)
Имеется 2 p-n перехода
ГЛАВНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА:

СИММЕТРИЧНЫЙ ДИНИСТОР
18.02.2021
Работа очень похожа на работу обычного динистора
Отличие: ВАХ симметричного динистора при прямом смещении полностью совпадает с ВАХ при обратном смещении

ПРОСТЕЙШИЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ
18.02.2021

ПРОСТЕЙШИЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ
18.02.2021

ТИРИСТОР
18.02.2021

ТИРИСТОР
18.02.2021
ТИРИСТОР - полупроводниковый прибор, находящийся в одном из двух состояний: открыт/закрыт, в этом схожесть с динистором, имеет 3 (или более) p-n переходов
В отличие от динистора напряжение пробоя не фиксировано, а может регулироваться при помощи специального дополнительного вывода.
Этот вывод часто называют ГЕЙТОМ (GATE), регулирование осуществляется путём пропускания тока через вывод, зависимость напряжения от тока управляющего вывода – ОБРАТНАЯ

ТИРИСТОР
18.02.2021
ВАХ зависит ещё и от тока через управляющий электрод (Gate), поэтому приходится говорить о семействе прямых
ПРИЕМУЩЕСТВО: регулировка напряжения пробоя путём пропускания тока через дополнительный вывод УЭ (управляющий электрод)

СИМИСТОР
18.02.2021

Симистор
18.02.2021
При подаче напряжения внутри симистор открывается не сразу, а когда волна доходит до нуля.
Напряжение нарастает, а симистор уже включен, это требуется для того, чтобы нагрузка подавалась НЕ УДАРНО
«Чувствительность к нулю»
СИМИСТОР - симметричный тиристор, работает при любой полярности напряжения (Анод и катод симметричны)
У симистора нет GATE
(управляющего электрода)
«Ножки» - это входы для светодиода, при подключении внутри появляется свет и фототок, и симистор пробивается
(оптоканал – очень надёжен)

Симистор
18.02.2021
Диммер

Симистор
18.02.2021
Диммер

Симистор
18.02.2021
ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТИРИСТОРА В СХЕМЕ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ФАЗОВЫМ МЕТОДОМ
Диммер
ДИММЕР – прибор для регулировки светимости
График, поясняющий фазовый метод регулировки: заштрихованные области – через нагрузку ток не течёт, во втором случае лампа светит менее ярко

Симистор
18.02.2021
Диммер

Симистор
18.02.2021
Диммер

ДИОДНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
18.02.2021

Диодные выпрямители
18.02.2021
Однополупериодный выпрямитель: простейший

Диодные выпрямители
18.02.2021
Однополупериодный выпрямитель: простейший
+ предельная простота
- из синусоиды пропускает только полпериода
- высокий уровень пульсаций на выходе однополупериодного выпрямителя
Плюсы/Минусы

Диодные выпрямители
18.02.2021
Двухполупериодный выпрямитель:
ДИОДНЫЙ МОСТИК

Диодные выпрямители
18.02.2021
Двухполупериодный выпрямитель:
Общий вид напряжений на выходе
ДИОДНЫЙ МОСТИК

Обеспечивает подключение в зависимости от знака с согласованностью
Диодные выпрямители
18.02.2021
+ Понижение пульсации
- Большое число диодов
Плюсы/Минусы

ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ НА ДВУХ ДИОДАХ И ТРАНСФОРМАТОРЕ СО СРЕДНЕЙ ТОЧКОЙ
18.02.2021
Достоинства:
+ мало диодов
(греется только 2 диода)
+ низкий уровень пульсации
Недостаток:
- требуется 2 медные обмотки (медь дороже кремния)

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
18.02.2021

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
18.02.2021
ВЫВОДЫ ТРАНЗИСТОРА:
Эмиттер
Коллектор
База
2 p-n перехода:
Эмиттерный переход (между эмиттером и базой)
Коллекторный (между коллектором и базой)
Различают два типа биполярных транзисторов

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
18.02.2021
Разница: внешний вид, напряжение питания можно заменять (p-n-p) на (n-p-n) в схемах, но с соблюдением полярностей питания (обратные)

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
18.02.2021
Упрощённая эквивалентная диодная схема:
Напряжение между базом и эмиттером примерно 0,6 V, эмиттерный переход всегда слегка приоткрыт
Транзисторы нужны для усиления сигнала

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
18.02.2021

УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ОСНОВЕ ТРАНЗИСТОРОВ
18.02.2021

УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ОСНОВЕ ТРАНЗИСТОРОВ
18.02.2021
3 схемы включения транзистора в усилительный каскад:
- с общим коллектором
- с общей базой
- с общим эмиттером
«ОБЩИЙ» значит, что на выводе транзистора не меняется ничего в процессе работы каскада

СХЕМА С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ:
18.02.2021

СХЕМА С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ:
18.02.2021

СХЕМА С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ:
18.02.2021

СХЕМА С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ:
18.02.2021
Схема

СХЕМА С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ:
18.02.2021
Схема

СХЕМА С ОБЩЕЙ БАЗОЙ:
18.02.2021

СХЕМА С ОБЩЕЙ БАЗОЙ:
18.02.2021
Напряжение на базе не меняется в процессе работы каскада
Входной сигнал подаётся на эмиттер транзистора
Выходной сигнал снимается с коллектора транзистора
Усиление по току примерно 1
Плюсы/Минусы:
- Плохое входное сопротивление – НИЗКОЕ
- Плохое выходное сопротивление – ВЫСОКОЕ

СХЕМА С ОБЩЕЙ БАЗОЙ:
18.02.2021
Для положительной полуволны:
Положительный сигнал на входе проходит на ЭМИТТЕР и повышает его потенциал. Так как на БАЗЕ напряжение фиксировано, разность потенциалов между БАЗОЙ и ЭМИТТЕРОМ начинает уменьшаться, что приводит к уменьшению тока БАЗЫ
На вход подали синусоидальный сигнал:

СХЕМА С ОБЩЕЙ БАЗОЙ:
18.02.2021

СХЕМА С ОБЩЕЙ ЭМИТТЕРОМ:
18.02.2021

СХЕМА С ОБЩЕЙ ЭМИТТЕРОМ:
18.02.2021
Плюсы/Минусы:

СХЕМА С ОБЩЕЙ ЭМИТТЕРОМ:
18.02.2021

СХЕМА С ОБЩЕЙ ЭМИТТЕРОМ:
18.02.2021

Отрицательная обратная связь по напряжению:
18.02.2021

Отрицательная обратная связь по напряжению:
18.02.2021

Отрицательная обратная связь по напряжению:
18.02.2021
Режимы

УНИВЕРСАЛЬНАЯ СХЕМА
18.02.2021
Схема вкл-я

18.02.2021
Сравнение схем

СОСТАВНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
18.02.2021

18.02.2021
СОСТАВНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

18.02.2021
СОСТАВНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Схема Дарлингтона:
Схема Шиклаи:

УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ. ДВУХТАКТНЫЙ ВЫХОДНОЙ КАСКАД
18.02.2021
(обычно сигнал звукового диапазона)
+ Предельная простота. Схема состоит из двух транзисторов
- Высокий уровень искажений входного сигнала, за счёт эффекта искажений типа «ступенька»
В схеме используются 2 транзистора, каждый включен по схеме эмиттерного повторителя
Двухплечевая схема, в ней присутствует «верхнее плечо» и «нижнее». Верхний транзистор («верхнее плечо») усиливает положительную часть синусоиды, нижний транзистор – «нижнее плечо» усиливает отрицательную часть синусоиды

МЕТОД «БОРЬБЫ» С ИСКАЖЕНИЯМИ: ПРОСТОЙ СПОСОБ
18.02.2021
При помощи двух диодов

МЕТОД «БОРЬБЫ» С ИСКАЖЕНИЯМИ: ПРОСТОЙ СПОСОБ
18.02.2021
При помощи двух диодов

РЕЖИМЫ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ
18.02.2021
РЕЖИМ А: при любых допустимых уровнях входного сигнала транзистор усилителя не входит в режим насыщения или отсечки (всегда в активном режиме)
+ Низкие искажения, вносимые каскадом в усиливаемый сигнал, доли процентов
- Низкий КПД, <50% (обычно 20%)
РЕЖИМ АВ: промежуточный между А и В, наличие небольшого тока покоя
- понижает КПД до 40-50%
+ заметно снижает нелинейные искажения
РЕЖИМ B: усилительный элемент способен воспроизводить либо только положительные, либо только отрицательные полуволны сигнала
+ высокий КПД (78%) ток покоя =0 в отличие от А
- относительно высокие искажения, даже при использовании двух плечей, поэтому в реальных схемах чаще используют режим АВ
РЕЖИМ С:
+ Имеет высокий КПД
- Высокий коэффициент гармонии
- Сильные искажения
# нагрузка – резонансный контур

РЕЖИМЫ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ
18.02.2021

РЕЖИМЫ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ
18.02.2021
Сигнал сначала преобразуется, потом используя фильтр получаем необходимый результат
+ Высокий КПД
+ Низкий коэффициент гармонии