Kurs podstaw elektroniki cz. 4

Dodane przez 31 października 2009

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.

Rys. 1 - Klucz tranzystorowy

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

Rys. 2 - Wtórnik emiterowy

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

Rys. 3 - Wzmacniacz napięciowy

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

Rys. 4 - 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.

Rys. 5 - Migająca dioda

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.

Rys. 6 - Multiwibrator astabilny z diodami LED

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!

  • http://forum.majsterkowicza.pl/user-258.html SystemKomentarzy

    Komentarze przeniesione ze starej wersji strony:

    Kamil (Gość)
    Bardzo mi się to przydało czekam na następną część
    Środa 30 Grudzień 2009, 18:23

    Koki (Gość)
    BTomasz92 nie wiem czy ty masz do tego jakiś talent czy co. Dopiero teraz mogłem w bardzo prosty sposób poznać działanie tranzystora. Akurat tego nawet tak łatwo nie wytłumaczył Piotr Górecki w książce “Wyprawy w świat elektroniki”. Widać, że sprawa przedstawia się bardzo jasno i prosto. Ogromnym plusem są animacje i obrazki – bez nich pewnie znów byłby nudny poradnik, który ciężej zajarzyć. Czytam Twoje kursy od początku. Wgłębiły mnie w elektronikę, kurs sam się nawinął w nietypowy sposób na spryciarze.pl. Po przeczytaniu uznałem, że “wcale to nie takie trudne” i… zacząłem interesować się bardziej. Więcej takich poradników!

    Pozdrawiam, Koki
    Poniedziałek 11 Styczeń 2010, 21:38

    BTomasz92
    Takie komentarze naprawdę miło się czyta, a po ich przeczytaniu nachodzi jeszcze większa ochota na dalsze tworzenie strony. Dzięki i zapraszam do przeczytania następnych części kursu – mam nadzieję, że część 5 uda mi się napisać jeszcze w tym miesiącu – roboty trochę jest bo chcę najpierw przenieść wortal na inny skrypt, a to wiąże się z koniecznością ręcznego przenoszenia kilkudziesięciu artykułów. Po przenosinach lepiej będzie się tworzyło nowe artykuły, komentarze będą znajdować się na forum, zmieni się nieco wygląd wortalu.
    Wtorek 12 Styczeń 2010, 20:01

  • http://forum.majsterkowicza.pl/user-200.html lesnik

    Witam, bardzo mi się podoba ten kurs, naprawdę SUPER SPRAWA. Mam jednak problem z otwieraniem symulacji, pomimo zainstalowanej Javy, nie mogę otworzyć żadnej symulacji. Wyskakuje komunikat Error, może jakieś sugestie? Z góry serdecznie dziękuję.
    Pozdrawiam
    lesnik

  • http://forum.majsterkowicza.pl/user-1.html btomasz

    lesnik:
    Niestety ostatnio symulator zaczął nawalać – nie wiem czemu, nic nie zmieniałem poza logo. Wygląda na to, że istnieje problem z ładowaniem poszczególnych plików symulatora. Często program nie potrafi załadować schematu, mieszają mu się ścieżki – najlepsze jest to, że na jednej przeglądarce potrafi działać, a na innej ma problemy. Jutro spróbuję coś na to zaradzić.

  • http://forum.majsterkowicza.pl/user-200.html lesnik

    lesnik:
    Niestety ostatnio symulator zaczął nawalać – nie wiem czemu, nic nie zmieniałem poza logo. Wygląda na to, że istnieje problem z ładowaniem poszczególnych plików symulatora. Często program nie potrafi załadować schematu, mieszają mu się ścieżki – najlepsze jest to, że na jednej przeglądarce potrafi działać, a na innej ma problemy. Jutro spróbuję coś na to zaradzić.

    Wielkie dzięki! Już wszystko śmiga. Jeszcze raz dziękuję za wspaniały kurs i z niecierpliwością czekam na następne części.
    Pozdrawiam
    lesnik

  • http://forum.majsterkowicza.pl/user-200.html lesnik

    lesnik:
    Niestety ostatnio symulator zaczął nawalać – nie wiem czemu, nic nie zmieniałem poza logo. Wygląda na to, że istnieje problem z ładowaniem poszczególnych plików symulatora. Często program nie potrafi załadować schematu, mieszają mu się ścieżki – najlepsze jest to, że na jednej przeglądarce potrafi działać, a na innej ma problemy. Jutro spróbuję coś na to zaradzić.

    Dzięki już śmiga. Jeszcze raz dziękuję za ten kurs i z niecierpliwością czekam na następne części.
    Pozdrawiam
    lesnik

  • Pingback: Wortal Majsterkowicza » » Kurs podstaw elektroniki cz. 5()

  • http://forum.majsterkowicza.pl/user-0.html Gość

    Szkoda, że wcześniej nie opisałeś dokładniej kondensatorów. Wrzuciłeś je do obwodu, ale nie wytłumaczyłeś jak działają. Myślę, że to jest dobry kurs dla kogoś, kto wie już to wszystko, a ty tylko pomagasz tą wiedzę złożyć w całość.

  • http://forum.majsterkowicza.pl/user-1.html btomasz

    Kondensatory omówiłem szerzej w następnym odcinku. Wygląda na to, ze trochę tutaj zamotałem i właściwa kolejność nie została zachowana, co faktycznie może być problemem. Przepraszam jeśli sprawiło to jakiś problem.

    Aktualnie pracuje nad ebookiem o tematyce podobnej do tematyki tego kursu, tam staram się wytłumaczyć wszystko jeszcze lepiej i prościej. Ten kurs powstawał przez jakieś dwa lata. Myślę, że przez ten czas sporo się dowiedziałem i nauczyłem jeszcze lepiej pisać, więc wszystko wskazuje, że będzie to naprawdę godny następca tego kursu :).

  • http://forum.majsterkowicza.pl/user-0.html Gość

    mam pytanie. jakiego tranzystora użyłeś do migającej diody

  • http://forum.majsterkowicza.pl/user-1.html btomasz

    To był pewnie najzwyklejszy, uniwersalny tranzystorek BC547, choć dokładnie już nie pamiętam.

  • http://forum.majsterkowicza.pl/user-149.html jakubf2007

    Wstyd się przyznawać, ale miałem pewne problemy z uruchomieniem tej migającej diody. Później mi się udało. Nauczyłem się jednego – jeśli masz jakiś problem, zostaw go, pomyśl co może być źle, napij się herbaty. Wróć do układu za kilka godzin i powinno się udać :).

  • http://forum.majsterkowicza.pl/user-149.html jakubf2007

    Mam pytanie odnośnie multiwibratora. Pojawiają dwa kondensatory 100 uF, a z tego co wynika nie da się tam zamontować kondensatorów elektrolitycznych ze względu na polaryzację, a kondensatorów stałych o pojemności 100uF najzwyczajniej w świecie nie ma (a nawet jeśli są to pewnie są bardzo drogie). Proszę o pomoc.

  • http://forum.majsterkowicza.pl/user-1.html btomasz

    Ten schemat jest dosyć ogólny, oczywiście można dać tam elektrolity (najlepiej “plusami” do tranzystorów).