Serwis Edukacyjny
Nauczycieli
w I-LO w Tarnowie

Do strony głównej I LO w Tarnowie

Materiały dla uczniów liceum

  Wyjście       Spis treści       Poprzedni       Następny  

©2018 mgr Jerzy Wałaszek
I LO w Tarnowie

Autor artykułu: mgr Jerzy Wałaszek
Konsultacje: Wojciech Grodowski, mgr inż. Janusz Wałaszek

 

 

Elementy

Tranzystory

 

Tranzystor bipolarny

Tranzystor jest prawdopodobnie najważniejszym wynalazkiem elektroniki XX w. Dzięki niemu udało się zminiaturyzować układy elektroniczne, powstały układy scalone, mikroprocesory. Bez tranzystorów nie miałbyś dzisiaj komputera na swoim biurku lub telefonu komórkowego. Dla elektronika znajomość podstaw działania tranzystora jest kluczowa. Po prostu musisz wiedzieć jak działa tranzystor, aby go świadomie stosować w swoich urządzeniach. Pełną wiedzę zdobędziesz na studiach elektronicznych. Tutaj podamy jedynie najbardziej podstawowe fakty, które jednak w wielu przypadkach pozwolą ci efektywnie wykorzystywać tranzystor w technice cyfrowej.

Rozróżniamy dwa podstawowe typy tranzystorów: bipolarne oraz unipolarne/polowe.

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny (ang. bipolar transistor, czyli tranzystor dwubiegunowy) zbudowany jest wewnętrznie z trzech warstw półprzewodnika: npn lub pnp. Do każdej z tych warstw podłączona jest osobna elektroda. Rozważmy tranzystor npn (tranzystory pnp działają podobnie, lecz posiadają odwróconą polaryzację napięć).

Powyższy rysunek jest tylko poglądowy. W rzeczywistości struktura ta wygląda tak:

Elektrody otrzymały następujące nazwy:

  • Emiter (ang. Emitter)
  • Baza (ang. Base)
  • Kolektor (ang. Collector)

Nazwy te odzwierciedlają funkcje tych elektrod: emiter to wysyłacz, baza to podstawa, a kolektor to zbieracz.

Na styku tych warstw półprzewodnikowych tworzą się dwa złącza p-n z barierami potencjału:

Jeśli do bazy przyłożymy napięcie o potencjale wyższym od potencjału emitera i będzie on wyższy od bariery potencjału na złączu baza-emiter (około 0,6V dla tranzystora krzemowego), to w obwodzie baza-emiter popłynie prąd elektryczny IB-E. Elektrony, które są nośnikami większościowymi w półprzewodniku n emitera, przejdą przez barierę potencjału na złączu B-E i znajdą się w półprzewodniku p bazy. Baza będzie je przyciągać, ponieważ posiada potencjał dodatni.

Jeśli teraz spolaryzujemy złącze baza-kolektor zaporowo (do kolektora przyłożymy potencjał wyższy od potencjału bazy), to kolektor zacznie przyciągać ładunki ujemne, które przeszły z półprzewodnika n emitera do półprzewodnika p bazy i w obwodzie kolektor-emiter popłynie dużo większy prąd niż w obwodzie baza-emiter.

Prąd bazy IB jest bardzo mały w porównaniu z prądem kolektora IC. Mimo to małe zmiany prądu bazy wywołują duże zmiany prądu kolektora. Na tej zasadzie tranzystor pełni funkcję elementu wzmacniającego. W elektronice definiuje się tzw. współczynnik wzmocnienia prądowego (ang. current gain):

Współcześnie produkowane tranzystory posiadają dużą wartość tego współczynnika (np. popularny tranzystor npn typu BC547 ma β = 110...800). Tranzystory są elementami nieliniowymi (nie stosuje się do nich prawo Ohma), a obliczenia wymagają stosowania różnych modeli matematycznych. Tym się nie będziemy tutaj zajmować.

Zapamiętaj:

Tranzystor przewodzi na złączu emiter-kolektor, jeśli baza jest spolaryzowana napięciem +0,6...0,7V w stosunku do emitera. Jeśli nie jest, to tranzystor jest zablokowany i prąd emiter-kolektor nie płynie.

Dla tranzystora pnp zachodzą identyczne zależności, tylko napięcia mają odwróconą polaryzację.

Na schematach elektrycznych stosowane są następujące symbole tranzystorów:

npn

     lub  

    pnp

      lub   

Kierunek strzałki obrazuje kierunek przepływu prądu elektrycznego przez tranzystor. Pamiętaj, że kierunek prądu elektrycznego (ze względów historycznych) jest odwrotny do kierunku ruchu elektronów.

Konstrukcyjnie tranzystory różnią się pomiędzy sobą rodzajami obudów oraz kolejnością wyprowadzeń elektrod. Oto kilka przykładów:

Jeśli zechcesz zastosować tranzystor w swoim obwodzie elektronicznym, to musisz na początek umieć rozpoznawać jego elektrody E, B i C. Najlepszym źródłem tej wiedzy są zawsze materiały udostępniane przez producentów tranzystorów (znajdziesz je pod adresem: http://www.elenota.pl). Typowe układy wyprowadzeń są pokazane na poniższym rysunku:

 

Wyprowadzenia tranzystora można również zidentyfikować za pomocą kilku pomiarów omomierzem (multimetrem ustawionym na pomiar ciągłości złącza – ustawienie z rysunkiem diody). Wykorzystujemy tutaj fakt, iż tranzystor można potraktować jak dwie połączone diody (oczywiście tylko do tych pomiarów, dwie diody tranzystora nie zastąpią w układzie elektronicznym!):

Najpierw szukamy kolektora i emitera. Jeśli do bazy tranzystora nie jest doprowadzone napięcie polaryzujące złącze baza-emiter, to w obwodzie kolektor-emiter nie płynie prąd, gdyż zawsze jedno ze złączy p-n jest spolaryzowane zaporowo bez względu na biegunowość przyłożonego napięcia. Gdy zidentyfikujemy te dwie elektrody (jeszcze nie wiemy która z nich jest emiterem, a która kolektorem), to oczywiście trzecia elektroda musi być bazą. Teraz wystarczy sprawdzić przy jakiej polaryzacji napięcia popłynie prąd pomiędzy bazą a pozostałymi elektrodami. Na tej podstawie określimy, czy mamy do czynienia z tranzystorem npn, czy pnp.

Dla tranzystora npn (+) na bazie i (–) na pozostałych elektrodach powoduje przepływ prądu.

Dla tranzystora pnp (–) na bazie i (+) na pozostałych elektrodach powoduje przepływ prądu.

Gdy znamy rodzaj tranzystora, emiter i kolektor identyfikujemy następująco (nie zawsze się to powiedzie):

Dla tranzystora npn: mierzysz oporność pomiędzy końcówkami emitera i kolektora. Zwilżonym palcem (tworzy się opór, poprzez który zostaje spolaryzowana baza tranzystora) dotykasz bazy i elektrody, do której jest doprowadzony (+). Jeśli oporność się zmieni, to elektroda ta jest kolektorem.

Dla tranzystora pnp dotykasz zwilżonym palcem bazę i elektrodę, do której doprowadzony jest (–). Jeśli oporność emiter-kolektor się zmniejszy, to elektroda ta jest kolektorem.

Innym sposobem może być sprawdzenie napięcie przewodzenia złącz baza-emiter i baza-kolektor (napięcie to odczytasz na mierniku przy ustawieniu testowania połączeń – znaczek diody). Dla baza-kolektor napięcie będzie nieco niższe od napięcia baza-emiter (np. 0,62V i 0,65V).

 

Tranzystory przewlekane posiadają oznaczenia wypisane na obudowach:

Gdy odczytasz oznaczenie tranzystora, poszukaj w sieci jego parametrów. Nie powinno być z tym kłopotów (o ile znasz język angielski). Na przykład środkowy tranzystor BD244B. Wpisujemy to w google'ach i po chwili mamy:

...

Aby skorzystać z takich informacji, musisz niestety posiadać dosyć dużą wiedzę z elektroniki, co przychodzi z czasem. Więc się na początku nie załamuj. Na zawartych tutaj kursach zawsze staram się tłumaczyć wszystko najprościej jak się da.

Z powyższych danych (jest ich więcej, ale resztę pominąłem) możesz się dowiedzieć, że tranzystor BD244B to:

  • tranzystor mocy pnp
  • maksymalne napięcie pomiędzy emiterem a kolektorem wynosi do 80V
  • maksymalne napięcie pomiędzy emiterem a bazą wynosi 5V
  • maksymalny prąd kolektora wynosi 6A, a w impulsie do 10A.
  • współczynnik wzmocnienia prądowego wynosi co najmniej 30... itd.

Jeśli chodzi o tranzystory SMD, to są one zwykle zbyt małe, aby oznaczenia były czytelne. Dlatego stosuje się na ich obudowach krótkie kody cyfrowo-literowe. Oznaczeń tych jest bardzo dużo, dlatego ich tutaj nie podam. Dużo informacji znajdziesz pod poniższymi adresami:

 

Wykonaj poniższe dwa ćwiczenia, które pozwolą ci lepiej zrozumieć pracę tranzystora.

 


 

Tranzystory najczęściej są wykorzystywane jako elementy wzmacniające lub przełączające. Zbudujmy na płytce stykowej przykładowy "wzmacniacz/przełącznik" na jednym tranzystorze npn (dowolnego typu). Schemat układu jest następujący:

Spis elementów:

Element Ilość Opis
zasilacz 5V 1 zasilanie elementów
płytka stykowa + kable 1 montaż elementów
opornik 1kΩ/0,25W 1 –(                )–
opornik 270Ω/0,25W 1 –(                )–
czerwona dioda LED 1 sygnalizacja przepływu prądu
tranzystor npn 1 element przełączający
kondensator 1000µF 1 napięcie baza-emiter

 

Układ działa następująco. Gdy włączymy napięcie, dioda D nie będzie świecić, ponieważ na bazie tranzystora panuje napięcie 0V. Mówimy, że tranzystor jest "zatkany". Jeśli teraz zewrzemy punkty A i B, to poprzez opornik 1kΩ popłynie prąd, który zacznie ładować kondensator o pojemności 1000µF. Gdy kondensator się ładuje (czyli wzrasta jego ładunek Q), to rośnie na nim napięcie. Napięcie to odkłada się również na złączu baza-emiter tranzystora. W pewnym momencie napięcie to przekroczy wartość 0,6V, co spowoduje "włączenie" tranzystora. Zacznie on przewodzić prąd elektryczny na złączu emiter-kolektor i dioda D zaświeci się. Jeśli teraz rozewrzemy punkty A i B, to baza tranzystora wciąż będzie zasilana napięciem z kondensatora, który zacznie się rozładowywać prądem płynącym poprzez złącze baza-emiter tranzystora. Dioda poświeci chwilkę do momentu aż napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia włączającego tranzystor (poniżej 0,6V), po czym stopniowo zgaśnie, ponieważ tranzystor przejdzie w stan "zatkania" (przestanie płynąć prąd kolektor-emiter).

Punkty A i B możemy dotykać zwilżonym śliną palcem (dla polepszenia przewodzenia prądu, mokra skóra posiada mniejszą oporność). Spowoduje to również przepływ prądu (mniejszego niż przy zwarciu bezpośrednim) i naładowanie kondensatora, co w efekcie zaświeci diodę LED.

 


 

Drugi układ pokazuje zastosowanie tranzystora w stabilizatorach napięcia. Stabilizator jest układem elektronicznym, który utrzymuje stałe napięcie na zasilanym elemencie. W praktyce stosuje się do tego celu tranzystory mocy, lecz w naszym przypadku wystarczy dowolny tranzystor npn. Na płytce stykowej zmontuj poniższy układ:

Spis elementów:

Element Ilość Opis
zasilacz 5V 1 zasilanie elementów
płytka stykowa + kable 1 montaż elementów
opornik 270Ω/0,125W 3 –(                )–
czerwona dioda LED 1 napięcie baza-emiter
tranzystor npn 1 element stabilizujący
przełącznik 1 zmiana prądu kolektor-emiter

 

Tutaj tranzystor T pracuje w tzw. układzie wtórnika emiterowego. Gdy włączymy zasilanie, przez diodę D i opornik R2 zacznie płynąć prąd, który spowoduje jej świecenie. Na diodzie będzie się utrzymywał względnie stały spadek napięcia ok. 1,8V (dla diody czerwonej). Jeśli nie rozumiesz tego faktu, wróć do poprzedniego rozdziału. Napięcie to jest podawane na bazę tranzystora T, powodując jego otwarcie i przepływ prądu w obwodzie kolektor-emiter i przez opornik R2. Zwróć uwagę, że dioda D, złącze baza-emiter tranzystora T oraz opornik R2 tworzą zamknięte oczko sieci. Suma spadków napięć w oczku musi być równa zero. Zatem:

 

Ponieważ napięcia UD i UBE są stałe (zmieniają się w niewielkim zakresie), to napięcie UR2 również musi być stałe. Zmierz napięcie UR2 pomiędzy punktem A i GND. Spadek napięcia na złączu kolektor-emiter tranzystora będzie równy różnicy napięcia zasilającego oraz zmierzonego napięcia UR2. Następnie wciśnij przycisk (można go zrealizować jako przewód, którym podłączamy opornik R3 do R2) i ponownie zmierz napięcie pomiędzy punktami A i GND. Teraz wypadkowa oporność obciążenia jest dwukrotnie mniejsza. Płynie zatem dwukrotnie większy prąd. Gdyby tranzystor posiadał stały opór, to dwa razy większy prąd wywołałby na nim dwa razy większy spadek napięcia. W efekcie napięcie pomiędzy punktami A i GND spadłoby znacznie. A jak jest w rzeczywistości? Jaki stąd wyciągniesz wniosek?

Dlaczego układ ten posiada własności stabilizacyjne? Napięcie na diodzie pełni funkcję tzw. napięcia odniesienia. Napięcie baza-emiter jest równe:

 

 

Z kolei napięcie na oporniku R2 jest równe:

 

 

Jeśli rośnie UR2, to maleje UBE. Gdy maleje UBE, z emitera tranzystora przenika do bazy mniej elektronów, co z kolei zmniejsza prąd płynący przez złącze emiter-kolektor. Mniejszy prąd oznacza zmniejszenie napięcia UR2.

Jeśli maleje UR2, to rośnie UBE. Przy wzroście napięcia na złączu baza-emiter, do obszaru bazy przedostaje się więcej ładunków z emitera. Powodują one wzrost prądu w złączu kolektor-emiter, a zatem zwiększenie napięcia UR2.

Widzimy zatem wyraźnie, że tranzystor pełni tutaj rolę regulatora. Gdy UR2 maleje, to tranzystor próbuje je zwiększyć przez zwiększenie natężenia prądu. Gdy UR2 rośnie, to tranzystor próbuje je zmniejszyć, zmniejszając natężenie prądu. Dzięki temu napięcie UR2 utrzymuje się na mniej więcej stałym poziomie. Otrzymaliśmy prosty stabilizator napięcia.

 

Więcej na temat tranzystorów bipolarnych dowiesz się na kursach programowania.

 

Tranzystor polowy JFET

Tranzystor unipolarny (ang. unipolar transistor), zwany również tranzystorem polowym, jest podstawową współczesnej techniki cyfrowej. Zasada działania tranzystora unipolarnego różni się zasadniczo od zasady działania tranzystora bipolarnego. Przypomnijmy wiadomości na temat tranzystorów polowych, które podaliśmy w rozdziale o półprzewodnikach.

Tranzystor JFET

Jako pierwszy opiszemy tzw. tranzystor JFET (ang. Junction Field Effect Tranzystor), który jest łatwiejszy do zrozumienia. Zbudowany jest on z jednolitej warstwy półprzewodnika typu n lub rzadziej typu p, wzdłuż której została położona druga warstwa półprzewodnika odwrotnego typu:

 

Na styku tych warstw półprzewodnikowych powstaje złącze p-n. Dziury z półprzewodnika typu p przemieszczają się  do obszarów półprzewodnika typu n leżących przy złączu i rekombinują z obecnymi tam elektronami. W wyniku tego procesu przy złączu gromadzą się ładunki dodatnie, które powstrzymują przez odpychanie elektrostatyczne napływ kolejnych dziur z półprzewodnika typu p. W analogiczny sposób elektrony z półprzewodnika typu n przedostają się przez złącze p-n i tworzą przy nim ładunek ujemny, rekombinując z dziurami. Proces ten prowadzi do powstania bariery potencjału na styku dwóch półprzewodników.

W warstwie podstawowej tworzy się coś w rodzaju kanału, tunelu, poprzez który mogą przepływać elektrony (dla półprzewodnika n) lub dziury (dla półprzewodnika p). Na końcach tej warstwy umieszcza się dwie elektrody, nazwane źródłem S (ang. source) i drenem D (ang. Drain). Trzecia elektroda, zwana bramką G (ang Gate), podłączona jest do drugiej warstwy półprzewodnika.

Jeśli do źródła S i drenu D przyłożymy napięcie UDS, to popłynie prąd elektryczny IDS. Nie ma znaczenia polaryzacja tego napięcia – tranzystor JFET przewodzi w obu kierunkach na linii S-D.

Jeśli jednak złącze G-S spolaryzujemy ujemnie, tzn. do bramki G przyłożymy niższy potencjał od potencjału źródła S, to złącze p-n zostanie spolaryzowane zaporowo. Bariera potencjału wzrośnie oraz powiększy się obszar ładunku przestrzennego, ponieważ nośniki większościowe odpłyną w kierunku elektrod. Obszar tego ładunku jest jałowy, pozbawiony nośników większościowych. W efekcie przekrój czynny kanału zmniejsza się, co powoduje wzrost oporności pomiędzy źródłem S a drenem D. Prąd IDS zmaleje.

Istnieje napięcie UGS, przy którym obszar ładunku przestrzennego zajmuje cały przekrój czynny kanału w półprzewodniku typu n. Kanał zostaje zamknięty. Prąd IDS przestaje płynąć.

Zatem tranzystor JFET działa jak zawór, gdzie regulatorem przepływu prądu IDS jest napięcie  UGS. Zwróć uwagę, że sterowanie to odbywa się napięciowo, ponieważ złącze p-n jest skonfigurowane zaporowo, czyli posiada bardzo dużą oporność. Jeśli skonfigurujesz to złącze w kierunku przewodzenia, to tranzystor JFET utraci swoje własności regulacyjne.

Symbolem tranzystora JFET na schematach elektrycznych jest:

JFET-N   JFET-P
   lub         lub   

Pod względem konstrukcyjnym tranzystory polowe JFET wyglądają podobnie do tranzystorów bipolarnych (łatwo je pomylić, sprawdzaj oznaczenia). Posiadają obudowę, w której zawarta jest struktura półprzewodnikowa oraz trzy końcówki G, S i D.

 

 

Tranzystory JFET są bardzo delikatne. Można je uszkodzić ładunkiem elektrycznym, który się gromadzi na ubraniu (oporność wejściowa jest bardzo duża, dlatego na bramce G chętnie gromadzą się ujemne ładunki elektryczne, które mogą łatwo uszkodzić złącze). Dlatego identyfikacja elektrod jest nieco utrudniona. Lepiej skorzystać z gotowych diagramów producentów, na których opisane są wyprowadzenia dla danego typu tranzystora:

W praktyce obecnie tranzystory JFET stosuje się rzadko. Wyparte zostały przez tranzystory MOSFET

 

Tranzystor polowy MOSFET

Tranzystor MOSFET (ang. Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) jest zwany tranzystorem polowym z izolowaną bramką. Jego budowa różni się od budowy opisanego powyżej  tranzystora JFET. W konsekwencji tranzystor MOSFET posada inne właściwości. Jest to najpowszechniej stosowany tranzystor polowy, który spotkasz w wielu aplikacjach. Współczesne układy cyfrowe są oparte głównie na tranzystorach MOSFET.

Opiszemy skrótowo działanie tego tranzystora.

Tranzystor MOSFET posiada cztery elektrody:

  • Źródło S (ang. Source).
  • Bramka G (ang. Gate).
  • Dren D (ang. Drain).
  • Podłoże B (ang. Bulk).

Podłoże B jest zwykle wewnętrznie połączone ze źródłem S, dlatego na zewnątrz wyprowadzone są tylko trzy elektrody: S, G i D.

Pierwszą widoczną różnicą w porównaniu z tranzystorem JFET jest to, iż bramka w tranzystorze MOSFET jest odizolowana elektrycznie od struktury tranzystora. Również nie ma tutaj kanału w półprzewodniku p.  Jeśli do bramki G nie przyłożymy napięcia, to prąd nie popłynie pomiędzy elektrodami S i D, ponieważ na jego drodze są dwa złącza p-n, z których jedno jest zawsze spolaryzowane zaporowo bez względu na kierunek napięcia US-D.

Napięcie dodatnie w stosunku do S i B przyłożone do bramki G spowoduje przyciągnięcie elektronów z półprzewodnika p i jednoczesne odepchnięcie dziur. Ponieważ bramka G jest izolowana od półprzewodnika p, to nie popłynie praktycznie żaden prąd. Wszystko odbywa się na zasadzie oddziaływań elektrostatycznych.

Zostanie w ten sposób utworzony w półprzewodniku p kanał n, który umożliwi przepływ elektronom ze źródła S do drenu D. Zwiększając napięcie bramki powodujemy wzrost szerokości tego kanału, a to z kolei ma wpływ na oporność na linii S-D. Im kanał szerszy, tym ma mniejszą oporność.

Zatem, im wyższe napięcie dodatnie bramki G w stosunku do źródła S i podłoża B, tym mniejszy opór pomiędzy źródłem S a drenem D.  Napięcie bramki G steruje prądem płynącym przez tranzystor.

Jak widzisz tranzystor MOSFET działa "odwrotnie" do tranzystora JFET. Tutaj wzrost napięcia UG-S powoduje zmniejszenie oporności RS-D, a w tamtym na odwrót, wzrost UG-S zwiększa oporność RS-D. Tranzystory MOSFET, podobnie jak JFET, mają bardzo dużą oporność wejścia G.

W rzeczywistym tranzystorze MOSFET występują również inne zjawiska, lecz nie będziemy się w nie zbytnio wgłębiać. Wszystko możesz znaleźć w Internecie. Ważne, abyś zrozumiał podstawową zasadę działania takiego tranzystora, a tę podaliśmy ci powyżej.

Symbole tranzystorów MODFET na schematach elektrycznych są następujące:

MOSFET-N   MOSFET-P
lub   lub

Tranzystory MOSFET produkowane są w różnych obudowach. Poniżej podajemy typowe konfiguracje wyprowadzeń.

 

Wykonaj poniższe ćwiczenie:

Na płytce stykowej zmontuj poniższy układ z dowolnym tranzystorem MOSFET-N.

Spis elementów:

Element Ilość Opis
zasilacz 5V 1 zasilanie elementów
płytka stykowa + kable 1 montaż elementów
opornik 1kΩ/0,125W 1 –(                )–
opornik 270Ω/0,125W 1 –(                )–
czerwona dioda LED 1  
tranzystor MOSFET-N 1 element przełączający
przełącznik 2  

 

Układ działa następująco. Załóżmy, że po włączeniu zasilania napięcie na bramce tranzystora MOSFET-N wynosi 0V (będzie tak, jeśli nie dotykałeś elektrod lub je zwarłeś przed zainstalowaniem tranzystora na płytce stykowej, dla pewności wciśnij na chwilę przycisk 0). W takim stanie tranzystor nie przewodzi, ponieważ nie jest utworzony kanał n. Jeśli teraz naciśniemy przycisk 1, to na bramkę tranzystora poprzez opornik 1k (opornik ten jest po to, aby przy przypadkowym naciśnięciu obu przycisków nie powstało zwarcie) zostanie podane napięcie zasilające +5V. Ładunek ten pozostanie na bramce nawet po zwolnieniu przycisku. Bramka z resztą półprzewodnika tworzy kondensator, który utrzymuje ładunek, ponieważ jest odizolowana od półprzewodnika, a oporność wewnętrzna takiego kondensatora jest bardzo duża. Zatem po naciśnięciu przycisku 1 bramka zostaje spolaryzowana napięciem dodatnim, tworzy się kanał n i tranzystor zaczyna przewodzić prąd elektryczny – dioda LED się zaświeca. Po zwolnieniu przycisku 1 bramka wciąż utrzymuje swój ładunek i tranzystor dalej przewodzi, aż ten ładunek się rozładuje, co może trwać dosyć długo (podobne układy są stosowane w pamięciach komputerowych, a przy dobrej izolacji mogą one utrzymywać ładunek/informację nawet kilkanaście lat!). Jeśli teraz naciśniesz przycisk 0, to ładunek bramki rozładuje się do masy i napięcie na bramce spadnie do 0V. Kanał n zniknie i tranzystor przestanie przewodzić, a dioda LED zgaśnie.

W takiej konfiguracji zwykle tranzystor MOSFET nie powinien pracować. Dlaczego? Otóż z uwagi na olbrzymią oporność wejściową bramki, zbiera ona ładunki z otoczenia i zachowuje się jak kondensator. Czasami wystarczy zbliżyć rękę do tranzystora, a ten się włączy, ponieważ bramka zostanie spolaryzowana poprzez indukcję elektrostatyczną (elektryzowanie się ciał pod wpływem pola elektrycznego, np. potrzyj suchą szmatką nadmuchany balon, a następnie zbliż go do włosów koleżanki...). Co zatem można zrobić? Wystarczy połączyć bramkę tranzystora z masą opornikiem np. 47k. Opornik taki nie będzie zanadto obciążał źródła sygnału, ale ustabilizuje zachowanie się bramki. Jeśli napięcie zasilające ją zniknie, to ładunek bramki szybko rozładuje się poprzez opornik i tranzystor przestanie przewodzić. Nie będzie również zbierał ładunków z otoczenia – będą one na bieżąco rozładowywane. Opornik 1k staje się teraz zbędny, ponieważ wciśnięcie przycisku 1 nie tworzy zwarcia.

Po tej modyfikacji wciśnięcie przycisku 1 powoduje zapalenie się diody LED. Zwolnienie przycisku 1 gasi natychmiast diodę LED, gdyż ładunek bramki ulega rozładowaniu poprzez opornik 47k.

 

Transoptor

Transoptor (ang. opto-isolator) jest elementem elektronicznym służącym do sprzęgania za pomocą światła obwodów, które muszą być rozdzielone elektrycznie.

W obudowie transoptora znajduje się dioda LED oraz fototranzystor:

Fototranzystor przewodzi, gdy jego baza zostanie oświetlona światłem o odpowiedniej długości fali. Gdy dioda LED w transoptorze jest zgaszona, tranzystor jest w stanie zablokowania i nie przewodzi prądu na złączu emiter-kolektor. Gdy dioda LED zostanie zaświecona, jej światło oświetli bazę fototranzystora i tranzystor zacznie przewodzić prąd. Obwód diody LED i obwód fototranzystora są rozdzielone elektrycznie. Dzięki tej własności oba elementy mogą być podłączone do różnych obwodów elektrycznych i uzyskamy odseparowanie elektryczne tych obwodów. Transoptory stosujemy zatem wtedy, gdy chcemy przesyłać informację pomiędzy dwoma obwodami, lecz nie chcemy tych obwodów łączyć ze sobą elektrycznie.

 

Zespół Przedmiotowy
Chemii-Fizyki-Informatyki

w I Liceum Ogólnokształcącym
im. Kazimierza Brodzińskiego
w Tarnowie
ul. Piłsudskiego 4
©2018 mgr Jerzy Wałaszek

Materiały tylko do użytku dydaktycznego. Ich kopiowanie i powielanie jest dozwolone
pod warunkiem podania źródła oraz niepobierania za to pieniędzy.

Pytania proszę przesyłać na adres email: i-lo@eduinf.waw.pl

Serwis wykorzystuje pliki cookies. Jeśli nie chcesz ich otrzymywać, zablokuj je w swojej przeglądarce.
Informacje dodatkowe.