Kurs podstaw elektroniki cz. 4

W tym odcinku kontynuujemy poznawanie tranzystorów – tym razem od strony praktycznych przykładów wykorzystania. Mam nadzieję że te przykłady pomogą w konstruowaniu własnych urządzeń – dzięki nim wiadomo czego szukać.

Niektórzy użytkownicy mieli wątpliwości czy na stronie pojawią następne części kursu – w końcu od ostatniej, trzeciej części minęło kilka miesięcy. Jak widać, obawy były niepotrzebne.  Oprócz tej części planuję minimum kilka następnych, więc w bliższej lub dalszej przyszłości też będzie coś do czytania.

Klucz tranzystorowy

Klucze stosuje się wszędzie tam,  gdzie trzeba sterować przepływem prądu przez obwód elektroniczny. Znajdują bardzo wiele zastosowań – szczególnie w elektronice cyfrowej. Umożliwiają one wpływanie na przepływ dużego prądu (kilkadziesiąt mA – setki A) za pomocą prądu sterującego o wartości kilku-kilkudziesięciu mA. Odpowiednio zbudowane klucze tranzystorowe są bardzo szybkie – mogą otwierać i zamykać przepływ prądu nawet miliony razy na sekundę. Jeśli nie jest to wymagane, nie należy stosować zbyt dużych częstotliwości, ponieważ dochodzą wtedy do głosu niekorzystne czynniki i spadają parametry tranzystora.

Zasada działania klucza jest prosta. Tranzystor podczas pracy jako klucz może znajdować się w dwóch stanach:

• Otwarty (stan nasycenia) – płynie prąd bazy, płynie też prąd emitera
• Zamknięty (stan zatkania) – nie płynie prąd bazy, nie płynie również prąd emitera

Prąd sterujący podawany na bazę tranzystora powinien mieć wartość taką, aby powodował całkowite otwarcie tranzystora. Pomocna przy jego ustaleniu może być karta katalogowa z dokładnymi parametrami tranzystora. Przy standardowych tranzystorach małosygnałowych jest to kilka mA.

Wzmacnianie prądu

Wtórnik emiterowy to układ służący do wzmacniania prądu. Pobiera ze źródła sygnału prąd o małej wartości i daje możliwość pobrania ze swojego wyjścia prądu o znacznie większej wartości. Napięcie na wyjściu wtórnika jest praktycznie wierną kopią napięcia na wejściu, pomniejszoną o ok. 0,7V (wynika to z budowy tranzystora; jest to spadek napięcia na przewodzącej diodzie). Aby uniknąć obcinania części sygnału, stosuje się dzielnik rezystorowy, wyznaczający napięcie i prąd spoczynkowy bazy tranzystora (na rys. 2 zaznaczony kolorem zielonym).

Wzmacnianie napięcia

Tranzystory służą nie tylko do wzmacniania prądu, nadają się też do wzmacniania napięcia. Tym razem jako wyjście posłuży kolektor tranzystora. Aby układ działał prawidłowo, stosuje się dzielnik rezystorowy ( na rys. 3 oznaczony na zielono), wyznaczający napięcie i prąd spoczynkowy bazy tranzystora. Parametry takiego wzmacniacza (podobnie jak wyżej omawianego wtórnika) nie są idealne – zmieniają się w zależności od konkretnego egzemplarza tranzystora (posiadają różne współczynniki wzmocnienia β), temperatury i wielu innych czynnikach. Niedokładności pomogło by zwalczyć sprzężenie zwrotne, ale nim zajmiemy się może w którejś z następnych części kursu.

Lustro prądowe

Za pomocą lustra prądowego możemy odwzorować prąd płynący w jednej gałęzi układu w drugiej z nich. Są często stosowane podczas budowy układów scalonych, ale można je też budować z zwykłych elementów. Tranzystory nie są zbyt dokładnymi elementami – ich stałość parametrów nie jest najlepsza. Aby zachować jak największą proporcjonalność zmian prądu należy umieścić tranzystory jak najbliżej siebie – powinny mieć identyczną temperaturę. Są nawet produkowane takie podwójne tranzystory,  choć w praktyce wystarczy odpowiednio dobrana para zwykłych tranzystorów o parametrach możliwie najbliższych sobie.

Migająca dioda – tylko cztery elementy

Na koniec coś bardziej rozrywkowego – prosty przepis na migającą diodę. Początkujący elektronicy zwykle zaczynają do prostych układów, których działanie powoduje różnego typu efekty świetlne lub dźwiękowe. Zwykłe zabawki, ale pozwalają się zapoznać z działaniem różnych elementów elektronicznych. Spójrz na schemat, przedstawiony na rysunku 5.

Wydaje się dziwny? Jak to niby ma działać, przecież baza wisi w powietrzu, emiter i kolektor powinny być chyba odwrotnie, więc nic nie powinno migać. Okazuje się jednak, że jest inaczej – wykorzystane są tutaj pewne właściwości tranzystora pracującego inwersyjnie, czyli odwrotnie. Nie są one teraz najważniejsze, dobrze, że urządzenie działa. A jeśli nie chce działać?

• Napięcie zasilania musi wynosić minimum ok. 12V
• Model tranzystora musi być odpowiedni – jeśli nie działa spróbuj z innym

Multiwibrator astabilny

Fajna nazwa, ale do czego to służy? Jest to generator zbudowany z dwóch tranzystorów, generujący naprzemiennie impulsy. W zależności od użytych elementów może generować drgania o różnej częstotliwości – od ułamków Hertza do setek tysięcy impulsów na sekundę. Aby zobrazować działanie urządzenia proponuję zmontować generator z dwoma LED’ami wg. schematu z rysunku 6.

Diody będą zaświecać się i gasnąć na przemian. Jest to powodowane przez naprzemienne ładowanie i rozładowywanie się kondensatorów, co powoduje zmianę prądu bazy przeciwnego tranzystora (i przy okazji ładowanie drugiego kondensatora). Trudno jest to wytłumaczyć słownie, polecam zobaczyć symulację:

Diod oczywiście nie trzeba montować – można przylutować rezystory wprost do kolektorów tranzystorów i odprowadzać z jednego z nich sygnał potrzebny gdzieś dalej… np. na bazę innego tranzystora.

Zakończenie

W następnych częściach zajmiemy się innymi elementami elektronicznymi. Wyjątkowo w tej części nie będzie zadań i linków na koniec. Powodzenia w tworzeniu własnych konstrukcji!