Данная статья, дает только общие представления о работе некоторых электронных компонентов. Изучив данный материал, вы сможете на "бытовом уровне" самостоятельно разобраться в работе некоторых электрических принципиальных схем, где эти самые компоненты применяются.
Направление электрического тока (упорядоченное движение частиц - носителей электрического заряда) в электротехнике и электронике принято от плюса к минусу источника питания (физики с этим не согласятся).
Полупроводниковый диод
Разновидностей диодов существует огромное множество, в статье речь пойдет про наиболее часто встречаемый в схемах выпрямительный диод.
Полупроводниковый диод - прибор с двумя выводами который пропускает ток в одном направлении и не пропускает в обратном.
Обозначение диода на схемах
По "нашенскому" ГОСТ на электрических принципиальных схемах диод чертят так:
В западной литературе и документации на компоненты обычно рисуют так:
В книге "Электроника для начинающих" уже предлагают три варианта на выбор:
Если вы любитель и не собираетесь оформлять документацию по ЕСКД, то из чисто практических соображений достаточно знать, что изображение диода напоминает стрелочку. Ток течет, только в том направлении, куда эта стрелочка показывает - обратно соответственно не течет.
А поскольку принято, что ток течет от плюса к минусу, понять почему горит или не горит лампа El1 в этой простой схеме труда не составит:
Стрелочка в условном обозначении компонентов важная подсказка, так как она подскажет и как будет работать транзистор.
Биполярный транзистор
Трехвыводной полупроводниковый прибор.
Запомнить цоколевку самого массового транзистора времен СССР не сложно - поворачиваем его надписью к себе и произносим "ЭээКааБлин".
В остальных случаях лучше воспользоваться документацией:
Биполярный транзистор в режиме переключателя
Основное назначение транзистора - усиление сигнала.
Разбор работы транзистора в режиме усиления - это тема отдельной большой статьи. Однако во многих схемах транзистор используется именно как переключатель (открыт/закрыт). Для понимания работы таких схем информации изложенной в этой статьи будет достаточно.
Транзисторы бывают p-n-p и n-p-n структуры.
Как открыть транзистор N-P-N структуры?
Чтобы открыть N-P-N транзистор, необходимо, чтобы от B(Базы) к E(Эмиттеру) по направлению куда указывает стрелочка протекал небольшой ток.
В этой схеме мы этот ток получаем от источника питания G1. Вспоминаем правило - ток течет от плюса к минусу => следовательно база должна быть более положительна чем эмиттер (примерно на 0.7V) Резистор Rб нужен, чтобы ограничить ток проходящий через базу.
Скорость движения точек в этой симуляции отображает силу тока в цепи. Видно, что ток от G1 который открыл транзистор совсем небольшой. А вот через лампу EL1 протекает гораздо больший ток - в этом и заключаются усилительные свойства транзистора.
Если батарею G1 исключить или поменять полярность - транзистор закроется
Как открыть транзистор P-N-P структуры?
Также как N-P-N - пропустить небольшой ток в том направлении которое указывает стрелочка.
Стрелочка так же подсказывает как правильно подключить батарею Uэк от которой питается нагрузка - лампа EL.
Два простых правила:
- ток течет от плюса к минусу
- стрелочка указывает направление тока
расскажут как подключить диод и биполярный транзистор.
Полевые транзисторы
Типы полевых транзисторов гораздо более разнообразны чем биполярных. В статье будет разобрана схема переключателя на полевом транзисторе с изолированным затвором MOSFET.
Полевые транзисторы бывают N-канальные и P-канальные.
Как открыть N-канальный MOSFET
В книге "Искусство схемотехники" можно встретить такую аналогию:
Открыть N-канальный MOSFET можно точно так-же как и биполярный N-P-N транзистор:
сделать Затвор более положительным чем Исток.
Причем резистор в цепи Затвора не нужен, так как в открытом состоянии ток через Затвор MOSFET не проходит. (небольшой ток появляется только в момент открытия MOSFET.
Это главное отличие переключателя на MOSFET от переключателя на биполярном транзисторе. Поэтому еще иногда говорят, что биполярные транзисторы управляются током, а полевые напряжением.
По этой же причине Затвор MOSFET нельзя оставлять "висящим в воздухе" (он может зарядиться от помех и транзистор откроется сам.
Резистор R1 (обычно номиналом 10-100 кОм) защищает затвор от помех. При нажатии на кнопку - на G(Затвор) относительно S(Исток) будет положительный потенциал и MOSFET откроется.
Как открыть P-канальный MOSFET
Схема простейшего переключателя на MOSFET P-канал будет выглядеть так:
Чтобы открыть P-канальный MOSFET нужно - сделать Затвор более отрицательным чем Исток.
Резюме:
- Направление тока на схемах всегда от "плюса" к "минусу".
- Ток через диод течет только в том направлении, куда указывает стрелка в его условном обозначении, и не течет в обратном.
- Биполярные транзисторы открываются, если пропустить ток между Базой и Эмиттером в том направлении куда указывает стрелка в условном обозначении транзистора.
- Для открытия N-канального MOSFET затвор "тянем к плюсу источника питания".
- Для открытия P-канального MOSFET затвор "тянем к минусу источника питания" (земле).
Практика:
Разберем схему ключа на 2-х транзисторах. С выхода микроконтроллера у нас может приходить либо 0V (лог 0), либо +5V (лог1).
Пусть сейчас напряжение на входе схемы равно 0.
Первый транзистор (Т1) биполярный:
Биполярные транзисторы открываются, если пропустить ток между Базой и Эмиттером в том направлении куда указывает стрелка в его условном обозначении.
Второй транзистор (Т2) P-канальный MOSFET:
Для открытия P-канального MOSFET затвор тянем к минусу источника питания (земле).
Т1 закрыт, потому что току который бы мог протекать между базой и эмиттером взяться неоткуда.
T2 закрыт потому что на коллекторе T1 сейчас напряжение источника питания, так как транзистор T1 закрыт.
Лампа соответственно не горит.
Напряжение на входе схемы равно +5V.
Ток от микроконтроллера через резистор 10К проходит через базу к эмиттеру Т1. Транзистор Т1 открывается. Сопротивление открытого Т1 (путь К-Э) гораздо меньше чем сопротивление 4.7К. Затвор транзистора Т2 оказывается "притянут к земле" через открытый Т1. Он тоже открывается. Лампа EL светится.
Данный ключ на двух транзисторах использовался в кото-кормушке на Ардуино. Он снимал питание с сервопривода дозатора, когда кот ей не пользовался, чтобы беречь ресурс. Сама кормушка работала 24/7 в течении нескольких лет.
Сервопривод управляется отдельным выходом микроконтроллера, и поэтому обязательно должен быть подключен к шине GND. Комбинация "ключа" из 2-х транзисторов позволила легко решить данную проблему.
Понятно, что фразы "ток в направлении по стрелочке", и "тянуть к земле" звучат "колхозно" по сравнению с определениями из учебников:
За то, они дают возможность быстро понимать, как работает та или иная схема, и запоминать где у диода находится анод, а где катод совсем не обязательно. В самом условном обозначении радиокомпонентов есть все необходимые подсказки и как они работают и как их правильно подключить.
Но, это мое мнение, а Ваше как обычно жду в комментариях.
Если материал понравился - не забываем ставить лайк (иначе Дзен его больше ни кому не покажет, а писать в пустоту мне как автору не очень интересно).
Оглавление канала тут
Всем удачи!