Зачем и для чего нужны резисторы
Рубрика: Статьи обо всем, Статьи про радиодетали Опубликовано 05.02.2020 · Комментарии: 0 · На чтение: 6 мин · Просмотры:Post Views: 1 102
Резистор – это самая распространенная деталь в электронике. Он гасит лишнее напряжение, ограничивает ток, изменяет и фильтрует сигналы. Резисторы применяются везде, от процессоров, где их миллионы, до энергетических систем. где их размеры с напольный шкаф.
Свойства в теории и практике
Основное свойство этой радиодетали – это сопротивление. Измеряется в омах (Ом).
Разберем для начала понятие активного сопротивления. Оно так называется потому, что есть у всех материалов (даже у сверхпроводников, пусть и 0,00001 Ом). И именно оно является основным у резисторов.
Что говорит теория
В теории у резистора есть постоянное сопротивление, которое на зависит от внешних условий (температуры, давления, напряжения и т.п.).
График зависимости тока от напряжения прямолинеен.
В идеальных и математических условиях у резистора только активное сопротивление. По типам бывают нелинейные и линейные резисторы.
Что на самом деле
На самом у всех резисторов непрямолинейная зависимость тока от напряжения. То есть, его сопротивление тоже зависит от внешних условий, конкретно от температуры.
Конечно, эта зависимость не такая, как у полупроводников, но она есть. И самое главное, у этой радиодетали есть емкость и индуктивность. Помимо активного сопротивления, есть еще и реактивное.
Реактивное сопротивление отличается от активного тем, что оно по разному пропускает электрический ток на разных частотах.
Например, для постоянного тока сопротивление 200 Ом, а если есть высокие значения индуктивности, то на частотах выше 2 кГц, сопротивление будет уже 250 Ом.
Именно поэтому резисторы делаются из разных материалов. Они бывают керамическими, углеродными, проволочными и у них разные допуски и погрешности. SMD деталь обладает меньшей емкостью и индуктивностью, чем DIP.
Еще существует специальные типы резисторов с более выраженной нелинейной вольт-амперной характеристикой. Если у обычных резисторов вольт-амперный график чуть-чуть не линейный, то у такого типа деталей он лавинообразный.
У них сопротивление резко зависит от внешних условий, не так. как у обычных:
- Терморезистор. Повышает или понижает сопротивление из-за влияния температуры;
- Варистор. Изменяет свои свойства в зависимости от приложенного напряжения;
- Фоторезистор. Уменьшается сопротивление, если на него действует свет;
- Тензорезистор. При деформировании (сжатии, механических воздействиях) изменяет свое сопротивление.
Кроме того, еще одна особенность активного сопротивления – выделение тепла, когда проходит электрический ток. Когда протекает электрический ток замкнутой цепи, электроны ударяются об атомы. И поэтому выделяется тепло. Тепло измеряется в мощности. Она рассчитывается исходя из напряжения и тока.
Одна из популярных функций резисторов это снижение напряжения и ограничения тока. Например, если через резистор проходит ток 0,25 А и на нем есть падение напряжения 1 В, то мощность, которая будет на нем рассеиваться это 0,25 Вт.
Поэтому, некоторые детали и изменяют свое сопротивление, даже если они не предназначены для этого. Это уже свойства материала. И если резистор сделан из проволоки, то при нагреве она расширяется и ее проводимость ухудшается. Поэтому у деталей есть допуск, который измеряется в процентах.
И из-за этого и существуют резисторы с разной рассеиваемой мощностью. Нельзя ставить резистор 0,125 Вт на место 1 Вт. Он начнет греться, трескаться, чернеть. А потом и сгорит. Потому, что не рассчитан на такую мощность.
Обозначения на схемах
На схемах в Европе и СНГ обознается прямоугольником и латинской букой R. Согласно ГОСТу, на отечественных схемах не указывается номинал сопротивления, а только номер детали (R). Однако, если под изображением детали указано число, например 120, оно по умолчанию читается как 120 Ом.
В таблице примеры обозначений детали.
Типы включения и примеры использования
Основные типы включения это последовательные и параллельные соединения.
Последовательно сопротивление рассчитывается просто. Достаточно все сложить.
При последовательном соединении напряжение распределяется по резисторам согласно их сопротивлениям.
Это второе правило Кирхгофа. Например, напряжение 12 В, а пара резисторов по 1 кОм.
Соответственно, на каждом из них по 6 В. Это простой пример делителя напряжения. Здесь пара деталей делит напряжение, и благодаря этому можно получить необходимое напряжение.
Однако, если вы хотите использовать делитель напряжения для питания цепи, то должны помнить, что нужно согласовать сопротивления. В этой схеме сопротивление 1 кОм. Если вы подключите к ней нагрузку меньше этого сопротивления, то она не получит напряжения на свои выводы в полном объеме. Поэтому, все схемы с делителями напряжения должны быть рассчитаны и согласованы друг с другом.
Рассмотрим пример усилителя на транзисторе.
Здесь R1 и R2 образуют делитель напряжения, они выполняют роль делителя напряжения. Между этими двумя резисторами и базой транзистором протекает ток, который открывает транзистор.
Это необходимо для того, чтобы он работал без искажений.
Параллельное включение
При параллельном соединении радиодеталей, общее сопротивление цепи снижается. Если два резистора по 1 кОм соединены параллельно, то общее будет равно меньше 0,5 кОм, т.е. сопротивление цепи (эквивалентное) равно половине самого наименьшего.
В таком соединении наблюдается первое правило Кирхгофа. В точку соединения направляется ток в 1 А, а в узле он расходится на два направления по 0,5 А.
Формулы расчета
Для двух резисторов:
Для более:
Для тока параллельное соединение — это как вторая дорога или обходной путь. Еще такой тип соединения называют шунтированием. В качестве примера можно привести амперметр. Чтобы увеличить его шкалу показаний, достаточно подключить параллельно резистору еще один шунтирующий.
Его сопротивление рассчитывается по формуле:
Эквивалентное соединение
В схеме усилителя к эмиттеру транзистора VT1 подключена пара из резистора R3 и конденсатора C2.
В этом случае VT1 и R3 подключены последовательно друг к другу. Зачем это надо? Когда усилитель работает, транзистор начинает нагреваться и его сопротивление снижается. R3, как и в случае со светодиодом, не позволяет транзистору перегреваться. Он балансирует общее сопротивление, чтобы транзистор не вносил искажения в сигнал. Это называется режим термостабилизации.
А конденсатор C2 подключен к R3 параллельно. И это нужно для того, чтобы при нормальном режиме работы усилителя, переменный сигнал прошел без потерь. Так работает параллельный фильтр.
Если бы был только один R3, то мощность усилителя была намного меньше из-за того, что он забирает переменное напряжение на себя. А конденсатор пропускает без потерь, но не пропускает постоянное напряжение.
Фильтры и резисторы
С помощью резисторов и конденсаторов можно делать фильтры. Так называются RC фильтры.
Эта пара может разделять сигнал на постоянные и переменные составляющие.
В качестве примера рассмотрим ФНЧ и ФВЧ.
В схеме фильтра низких частот конденсатор C1 забирает на себя высокочастотные токи. Его сопротивление для них намного меньше, чем у нагрузки. Он шунтирует нагрузку. Таким образом, можно получить низкую частоту, отделив от нее все высокие составляющие.
В фильтре высоких частот наоборот. Высокие частоты свободно проходят через C1, и если в сигнале есть низкочастотные, то они пойдут через R1.
Такие фильтры бывают разные по конструкции. П образные, Г образные и т.п. Конкуренцию резистору может составить катушка индуктивности или дроссель. У них меньше активное сопротивление, но реактивное больше. Благодаря этому снижаются потери от активного сопротивления.
Post Views: 1 102
Автор Aluarius На чтение 9 мин. Просмотров 319 Опубликовано
В электрических цепях важную роль играет проводник. Для чего нужен резистор и что это такое стоит разобраться подробнее. Он способен поделить напряжение и ограничить ток, измерить его и создать цепь обратной связи. Основная задача маленькой детали создать необходимое сопротивление для электрического тока.
Резисторы бывают различных цветов, форм и размеровЧто такое резистор
Резистор – это сопротивление. Он является пассивным элементом в цепи и способен только уменьшать ток. Происхождение названия идет от латинского «resisto», что дословно на русском языке означает «сопротивляюсь».
Предназначен проводник для того, чтобы преобразовывать напряжение в силу тока и наоборот, он поглощает часть энергии и ограничивает ток. Основное применение приходится на электрические и электронные устройства.
Справка! Соединение проводников может быть последовательным, параллельным или смешанным.
Также есть два вида полупроводников:
- линейные, сопротивление у которых от тока и напряжения не зависит;
- нелинейные, способные изменить сопротивление в зависимости от значений протекающего тока и напряжения.
Основным параметром резисторов является номинальное напряжение.
Как выглядит
Элементы могут быть проволочные и непроволочные. Последние отлично выполнят свою функцию в высокочастотной цепи, внешний вид и процесс их изготовления отличаются. Различают резисторы общего применения и специального. Первые не превышают 10 мегаом, а вторые способны работать под напряжением 600 вольт и выше. Внешним видом они тоже отличаются. На фото ниже легко увидеть разницу и понять, как выглядит резистор.
Разница во внешнем виде и размерахИз чего состоит
Намотав проволоку на каркас из керамики или прессованного порошка получится проволочный резистор. При этом сама проволока должна быть из нихрома, константана или манганина. Так получится создать полупроводник с высоким удельным сопротивлением.
Непроволочные элементы изготовлены на основе диэлектрика из проводящих смесей и пленок. Разделяют тонкослойные и композиционные, но все они имеют повышенную точность и стабильность в работе.
Регулировочные и подстроечные элементы представляют собой кольцевую резистивную пластину по которой движется бегунок. Он скользит по кругу, меняя расстояние точек на резистивном слое, в результате сопротивление меняется. Следует понять, что же делает резистор для прибора.
Для чего используется
Для чего нужен резистор? При помощи этой детали в электрической цепи можно ограничить количество проводимого тока, в результате правильно подобранной детали легко получить необходимую величину. Чем выше сопротивление, тем ниже будет на выходе сила тока, при условии стабильного напряжения.
Как работают резисторы понять легко, они могут использоваться в качестве преобразователя напряжения в ток и наоборот, в измерительных аппаратах их применяют для деления напряжения, а также они могут понизить или полностью устранить радиопомехи.
Обозначение на схемах
В России и Европе резистор на схеме обозначаются прямоугольником, размерами 4*10мм. Для определения значений сопротивления есть условные обозначения. Постоянный элемент на схеме обозначается следующим образом:
Обозночения постоянных элементов на схемеПеременные, в том числе подстроечные, а также нелинейные следующим образом:
Обозначения переменных проводниковВажно! Всегда есть погрешность в заявленном производителем сопротивлении, она обозначается с помощью букв и цифр в процентном выражении.
Принцип работы резистора
В основе работы проводников лежит закон Ома, согласно которому напряжение зависит от величины тока и напряжения. Различные номиналы деталей помогут изменить ток и напряжение на необходимую величину. Суть заключается в том, что ток, движущейся по цепи, попадает в деталь и снижает свое продвижение.
Пример схемы
Резисторы могут соединяться параллельно и последовательно, на схемах также часто встречаются смешанные варианты. На фото ниже можно увидеть отличия в обозначениях деталей на схемах.
Обозначения элементов на схемахТипы резисторов
К типам резисторов общего применения относят постоянные, сопротивление которых невозможно изменить и переменные, когда допустимо его менять в пределах допустимых значений. Мощность рассеивания при этом будет в пределах 0,125-100 Вт, а сопротивление не превысит 10 мегаом.
Постоянные
Отличаются постоянные проводники наличием только двух выводов и постоянным сопротивлением. Поскольку этот вид предназначен только для уменьшения силы тока, то он отлично справляется со своей задачей в различных электрических приборах. Постоянные элементы делятся на общего и специального назначения.
Переменные
Переменные имеют три вывода, а на схеме можно увидеть пограничные значения рабочего режима. Поменять сопротивление поможет бегунок, который движется по резистивному слою. Во время движения сопротивление падает между средним и одним из боковых выводов, соответственно в другой стороне увеличивается. Переменные резисторы делятся на подстроечные и регулировочные.
Классификация резисторов
Резисторы отличаются не только возможностью регулировать сопротивление. Они могут изготавливаться из разных резистивных материалов, иметь различное количество контактов и иметь другие особенности.
По типу резистивного материала
Элементы могут быть проволочными, непроволочными или металлофольговыми. Высокоомная проволока является признаком проволочного элемента, для ее изготовления используют такие сплавы, как нихром, константан или никелин. Пленки с повышенным удельным сопротивлением являются основой непроволочных элементов. В металлофольговых используется специальная фольга. Теперь выясним из чего состоят резисторы.
Конструкция полупроводникаНепроволочные делятся на тонкослойные и композиционные, толщина первых измеряется в нанометрах, а вторых – в долях миллиметра. Тонкослойные делятся на:
- металлоокисные;
- металлизированные;
- бороуглеродистые;
- металлодиэлектрические;
- углеродистые.
Композиционные в свою очередь подразделяются на объемные и пленочные. Последние могут быть с органическим или неорганическим диэлектриком. Чтобы понять есть ли полярность у резистора следует знать, что стороны у них идентичны.
По назначению сопротивления
Постоянные и переменные полупроводники также имеют некоторые различия в характеристиках. Постоянные делятся на проводники общего и специального назначения. Последние могут быть:
- высокочастотными;
- высоковольтными;
- высокомегаомными;
- прецизионными.
Такие детали используются в точных измерительных приборах, они выделяются особой стабильностью.
Переменные резисторы можно разделить на подстроечные и регулировочные. Последние могут быть с линейной или нелинейной функциональной характеристикой.
По количеству контактов
В зависимости от назначения резистора у него может быть один, два и более контактов. Сами контакты также отличаются, например, у SMD-резисторов это контактная площадка, у проволочных – особого состава проволока. Есть резисторы металлопленочные, с квантовыми точечными контактами, а в переменных они подвижные.
Разное количество контактов на элементахДругие
Отличаются резисторы формой и типом сопротивления, а также характером зависимости величины сопротивления от напряжения. Описание зависимости величины может быть линейной или нелинейной. Использование элемента простое, емкость указывается на корпусе, минус и плюс не отличаются.
Резисторы могут быть защищены от влаги или нет, корпус может быть лакированным, вакуумным, герметичным, впрессованным в пластик или компаундированным. Нелинейные подразделяются на:
- варисторы;
- магниторезисторы;
- фоторезисторы;
- позисторы;
- тензорезисторы;
- терморезисторы.
Все они выполняют свою определенную функцию, одни меняют сопротивление от температуры, другие от напряжения, третьи от лучистой энергии.
Основные характеристики и параметры резисторов
Характерны для полупроводников такие параметры, как номинальное значение сопротивления, его допустимое отклонение. Мощность рассеяния также определяется номинальным и допустимым значениями. Элементы различны по максимальному рабочему напряжению и коэффициентом температуры сопротивления, а также шумами.
Виды соединения резисторов
Различают три типа соединения резисторов:
- параллельное;
- последовательное;
- смешанное.
Для последовательного соединения конец одного резистора нужно паять с началом другого и далее по цепочке. Так компоненты соединяются друг за другом и пропускают общий ток, проводник нужно правильно припаять. Количество таким образом соединенных проводников будет влиять на протекающий ток и оказывать общее сопротивление.
Параллельное соединение элементов отличается тем. Что все они сходятся в одной общей точке в начале и в другой точке в конце. В этом случае через каждый элемент течет свой ток, а значит сопротивление снижается. Смешанное соединение объединяет в себе оба предыдущих варианта, а расчет итогового сопротивления подсчитывают разбив схему на простые участки.
Какими могут быть номиналы резисторов
Номиналы резисторов четко определены и имеют показатели от нуля и до десяти. При этом всегда учитывается допустимое отклонение, а потому производители выпускают элементы с определенным шагом. Шагами при 10% отклонения будут: 100, 120, 150, 180, 220 и далее по схеме. Полупроводники отличаются разновидностью сборки, своими свойствами.
Как маркируются резисторы
В основном для таких элементов используется цветовая маркировка, но SMD-резисторы имеют буквенную. Цветовая включает от 4 до 6 полос, несущих определенную информацию. Две первые цифры покажут номинальное сопротивление, а третья число, на которое умножаются первые два, в результате получается величина сопротивления. Четвертая говорит о точности проводника. Если полос больше, то меняется только первый показатель на одну цифру.
Цветовое обозначение на элементахВнимание! Первой полосой считается та, которая ближе других расположена к краю элемента.
Чем отличается резистор от реостата, транзистора
Реостат является электрическим аппаратом. Который способен регулировать ток и напряжение в электрической цепи. В общем это аналог переменного резистора. Он включает проводящий элемент и регулятор сопротивления. Влиять на изменение показателя можно плавно, а при желании это можно сделать ступенчато. В стандартизации реостатом называют резисторы переменные, регулировочные и подстроечные.
Транзистор является прибором для управления электрическим током. По сути он усиливает ток и может им управлять, а проводник регулирует сопротивление в сети. Внешне два элемента значительно отличаются друг от друга. Резистор имеет цилиндрическую форму и цветную окраску, а транзистор облачен в пластиковый или металлический квадратный корпус.
Важно! Резистор способен работать при любом токе, а транзистор только при постоянном.
Выводы: проводники имеют одинаковую функциональность, а у транзистора разную. Также транзистор – это полярный элемент, а резистор – неполярный. По этой причине перепутать два элемента можно только в том случае, если человек совершенно далек от электротехники и радиоэлектроники.
Резистор необходимый элемент во всех микросхемах современных электроприборах. Оказывая сопротивление в цепи, полупроводник делит или уменьшает напряжение, благодаря чему, различные приборы могут работать от сети. Сопротивление тока измеряется в Омах, а грамотный подбор полупроводника обеспечит продолжительную работу любого электроприбора. Так мы выяснили, что такое резистор и для чего он нужен, чем отличается от реостата и транзистора и как обозначается на схемах.
Биполярные транзисторы. For dummies / Хабр
Предисловие
Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах.
Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода. Желающие могут освежить в памяти физику протекающих в нем процессов здесь или здесь.
Необходимые пояснения даны, переходим к сути.
Транзисторы. Определение и история
Транзистор — электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. (tranzistors.ru)
Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике.
Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких.
Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала.
В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) — или электроны, или дырки.
Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.
И, напоследок: основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.
Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики
Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.
Прежде, чем рассматривать физику работы транзистора, обрисуем общую задачу.
Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (ток базы). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему?
Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки».
Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но большая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера. А теперь следите за руками. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу. Еще раз: сильное изменение тока коллектора является пропорциональным отражением слабого изменения тока базы.
Помню, моей одногрупнице принцип работы биполярного транзистора объясняли на примере водопроводного крана. Вода в нем — ток коллектора, а управляющий ток базы — то, насколько мы поворачиваем ручку. Достаточно небольшого усилия (управляющего воздействия), чтобы поток воды из крана увеличился.
Помимо рассмотренных процессов, на p-n переходах транзистора может происходить еще ряд явлений. Например, при сильном увеличении напряжения на переходе база-коллектор может начаться лавинное размножение заряда из-за ударной ионизации. А вкупе с туннельным эффектом это даст сначала электрический, а затем (с возрастанием тока) и тепловой пробой. Однако, тепловой пробой в транзисторе может наступить и без электрического (т.е. без повышения коллекторного напряжения до пробивного). Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор.
Еще одно явления связано с тем, что при изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина. И если база черезчур тонкая, то может возникнуть эффект смыкания (так называемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.
Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно h31. Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току. Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.
Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистора. Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления.
Третий параметр биполярного транзистора — коэффициент усиления по напряжению. Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер-коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений. Поскольку первая величина обычно очень большая (единицы и десятки вольт), а вторая — очень маленькая (десятые доли вольт), то этот коэффициент может достигать десятков тысяч единиц. Стоит отметить, что каждый управляющий сигнал базы имеет свой коэффициент усиления по напряжению.
Также транзисторы имеют частотную характеристику, которая характеризует способность транзистора усиливать сигнал, частота которого приближается к граничной частоте усиления. Дело в том, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления снижается. Это происходит из-за того, что время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Т.е. транзистор просто не успевает реагировать на изменения входного сигнала и в какой-то момент просто перестает его усиливать. Частота, на которой это происходит, и называется граничной.
Также параметрами биполярного транзистора являются:
- обратный ток коллектор-эмиттер
- время включения
- обратный ток колектора
- максимально допустимый ток
Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.
Режимы работы биполярного транзистора
Рассмотренный выше вариант представляет собой нормальный активный режим работы транзистора. Однако, есть еще несколько комбинаций открытости/закрытости p-n переходов, каждая из которых представляет отдельный режим работы транзистора.
- Инверсный активный режим. Здесь открыт переход БК, а ЭБ наоборот закрыт. Усилительные свойства в этом режиме, естественно, хуже некуда, поэтому транзисторы в этом режиме используются очень редко.
- Режим насыщения. Оба перехода открыты. Соответственно, основные носители заряда коллектора и эмиттера «бегут» в базу, где активно рекомбинируют с ее основными носителями. Из-за возникающей избыточности носителей заряда сопротивление базы и p-n переходов уменьшается. Поэтому цепь, содержащую транзистор в режиме насыщения можно считать короткозамкнутой, а сам этот радиоэлемент представлять в виде эквипотенциальной точки.
- Режим отсечки. Оба перехода транзистора закрыты, т.е. ток основных носителей заряда между эмиттером и коллектором прекращается. Потоки неосновных носителей заряда создают только малые и неуправляемые тепловые токи переходов. Из-за бедности базы и переходов носителями зарядов, их сопротивление сильно возрастает. Поэтому часто считают, что транзистор, работающий в режиме отсечки, представляет собой разрыв цепи.
- Барьерный режим В этом режиме база напрямую или через малое сопротивление замкнута с коллектором. Также в коллекторную или эмиттерную цепь включают резистор, который задает ток через транзистор. Таким образом получается эквивалент схемы диода с последовательно включенным сопротивлением. Этот режим очень полезный, так как позволяет схеме работать практически на любой частоте, в большом диапазоне температур и нетребователен к параметрам транзисторов.
Схемы включения биполярных транзисторов
Поскольку контактов у транзистора три, то в общем случае питание на него нужно подавать от двух источников, у которых вместе получается четыре вывода. Поэтому на один из контактов транзистора приходится подавать напряжение одинакового знака от обоих источников. И в зависимости от того, что это за контакт, различают три схемы включения биполярных транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). У каждой из них есть как достоинства, так и недостатки. Выбор между ними делается в зависимости от того, какие параметры для нас важны, а какими можно поступиться.
Схема включения с общим эмиттером
Эта схема дает наибольшее усиление по напряжению и току (а отсюда и по мощности — до десятков тысяч единиц), в связи с чем является наиболее распространенной. Здесь переход эмиттер-база включается прямо, а переход база-коллектор — обратно. А поскольку и на базу, и на коллектор подается напряжение одного знака, то схему можно запитать от одного источника. В этой схеме фаза выходного переменного напряжения меняется относительно фазы входного переменного напряжения на 180 градусов.
Но ко всем плюшкам схема с ОЭ имеет и существенный недостаток. Он заключается в том, что рост частоты и температуры приводит к значительному ухудшению усилительных свойств транзистора. Таким образом, если транзистор должен работать на высоких частотах, то лучше использовать другую схему включения. Например, с общей базой.
Схема включения с общей базой
Эта схема не дает значительного усиления сигнала, зато хороша на высоких частотах, поскольку позволяет более полно использовать частотную характеристику транзистора. Если один и тот же транзистор включить сначала по схеме с общим эмиттером, а потом с общей базой, то во втором случае будет наблюдаться значительное увеличение его граничной частоты усиления. Поскольку при таком подключении входное сопротивление низкое, а выходное — не очень большое, то собранные по схеме с ОБ каскады транзисторов применяют в антенных усилителях, где волновое сопротивление кабелей обычно не превышает 100 Ом.
В схеме с общей базой не происходит инвертирование фазы сигнала, а уровень шумов на высоких частотах снижается. Но, как уже было сказано, коэффициент усиления по току у нее всегда немного меньше единицы. Правда, коэффициент усиления по напряжению здесь такой же, как и в схеме с общим эмиттером. К недостаткам схемы с общей базой можно также отнести необходимость использования двух источников питания.
Схема включения с общим коллектором
Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь.
Напомню, что отрицательной называют такую обратную связь, при которой выходной сигнал подается обратно на вход, чем снижает уровень входного сигнала. Таким образом происходит автоматическая корректировка при случайном изменении параметров входного сигнала
Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме с общим эмиттером. А вот коэффициент усиления по напряжению маленький (основной недостаток этой схемы). Он приближается к единице, но всегда меньше ее. Таким образом, коэффициент усиления по мощности получается равным всего нескольким десяткам единиц.
В схеме с общим коллектором фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным — потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.
Такое включение используют для согласования транзисторных каскадов или когда источник входного сигнала имеет высокое входное сопротивление (например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон).
Два слова о каскадах
Бывает такое, что нужно увеличить выходную мощность (т.е. увеличить коллекторный ток). В этом случае используют параллельное включение необходимого числа транзисторов.
Естественно, они должны быть примерно одинаковыми по характеристикам. Но необходимо помнить, что максимальный суммарный коллекторный ток не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора любого из транзисторов каскада.
Тем не менее (спасибо wrewolf за замечание), в случае с биполярными транзисторами так делать не рекомендуется. Потому что два транзистора даже одного типономинала хоть немного, но отличаются друг от друга. Соответственно, при параллельном включении через них будут течь токи разной величины. Для выравнивания этих токов в эмиттерные цепи транзисторов ставят балансные резисторы. Величину их сопротивления рассчитывают так, чтобы падение напряжения на них в интервале рабочих токов было не менее 0,7 В. Понятно, что это приводит к значительному ухудшению КПД схемы.
Может также возникнуть необходимость в транзисторе с хорошей чувствительностью и при этом с хорошим коэффициентом усиления. В таких случаях используют каскад из чувствительного, но маломощного транзистора (на рисунке — VT1), который управляет энергией питания более мощного собрата (на рисунке — VT2).
Другие области применения биполярных транзисторов
Транзисторы можно применять не только схемах усиления сигнала. Например, благодаря тому, что они могут работать в режимах насыщения и отсечки, их используют в качестве электронных ключей. Также возможно использование транзисторов в схемах генераторов сигнала. Если они работают в ключевом режиме, то будет генерироваться прямоугольный сигнал, а если в режиме усиления — то сигнал произвольной формы, зависящий от управляющего воздействия.
Маркировка
Поскольку статья уже разрослась до неприлично большого объема, то в этом пункте я просто дам две хорошие ссылки, по которым подробно расписаны основные системы маркировки полупроводниковых приборов (в том числе и транзисторов): http://kazus.ru/guide/transistors/mark_all.html и файл .xls (35 кб) .
Список источников:
http://ru.wikipedia.org
http://www.physics.ru
http://radiocon-net.narod.ru
http://radio.cybernet.name
http://dvo.sut.ru
Полезные комментарии:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133136/#comment_4419173
Всем доброго времени суток!
Эта небольшая статья возможно станет шпаргалкой для начинающих разработчиков, которые хотят проектировать надежные и эффективные схемы управления силовыми полупроводниковыми ключами, обновит и освежит старые знания опытных специалистов или может хотя бы где-то поцарапает закрома памяти читателей.
Любому из этих случаев я буду очень рад.
В этой заметке я попробую описать наиболее распространенные вопросы выбора затворных резисторов для силовых электронных устройств. Она базируется на знаниях, почерпнутых мной из разной литературы, апноутов от TOSHIBA, Infineon, Texas Instruments а также из скромной практики. Стоит заметить, что эта информация не дает прямо универсальных рекомендаций для каждого силового ключа. Тем не менее, можно проанализировать какие предположения могут быть важны и какое влияние они могут оказать на выбор резисторов затвора для дискретных силовых транзисторов, а также для силовых модулей.
Основы
Затворный резистор расположен в цепи между драйвером силового транзистора и затвором самого транзистора, как показано на изображении в шапке статьи.
Открыт или закрыт полевой ключ (IGBT/MOSFET) зависит от приложенного к затвору напряжения. Изменение этого напряжения заряжает или разряжает затворные емкости силового устройства, которые состоят из емкостей затвора-коллектора и затвора-эмиттера и небольшой емкости самого затвора. Заряд входных емкостей ключа включит его (ток ), а разряд выключит (ток ).
Резистор в данной цепи ограничивает ток заряда/разряда входных емкостей, помимо этого, правильно подобранный резистор не даст ключу самопроизвольно открываться, что иногда может случиться, из-за быстрого изменения напряжения на силовых выводах ключа например, такое может случиться, когда в полумостовой топологии соседний ключ открывается. В таком случае емкость перезаряжается и ток, протекающий через затворный резистор вызывает на нем падение напряжения, которое и может открыть ключ. К тому же порог открывания ключа часто сильно опускается при росте температуры кристалла полупроводника.
Что нужно знать и как выбрать “правильный” резистор
1. Максимальный ток заряда/разряда выхода драйвера
Любая микросхема драйвера имеет такой параметр, как максимальный выходной ток. Если ток затвора при открытии/закрытии ключа превысит значение максимального выходного тока, то драйвер может выйти из строя, поэтому, в данном случае, затворный резистор ограничит выходной ток драйвера.
Можно составить эквивалентную модель цепи, по которой и рассчитать необходимое значение резистора:
Следуя несложным умозаключениям, можем получить формулы для расчета тока драйвера, и подобрать резистор затвора таким, чтобы не превысить максимально допустимые параметры драйвера:
2. Рассеиваемая мощность
Также одна из важных функций затворного резистора — рассеивать мощность выходного каскада микросхемы драйвера. В соответствии с моделью выше, рассеиваемую мощность можно посчитать с помощью следующих формул:
Тут — заряд затвора ключа, а — частота коммутации.
После расчета и подбора резистора важно соблюдать следующее условие:где — собственное потребление драйвера.
Тут еще есть небольшое примечание, в большинстве даташитов на ключи указывают заряд затвора при определенных условиях, например при напряжении управления затвором +15В…-15В, если же в Вашей схеме другое напряжение управления, например +15В…0В, или же +15…-8В, то достаточно точно определить заряд затвора помогут следующие соотношения:
3. Скорость включения и электромагнитная совместимость
Давайте рассмотрим потери на переключение, как функцию от сопротивления затворного резистора. Я возьму ключ, который я недавно использовал в своем небольшом проекте — IKW40N120 от любимых Infineon:
Как можно заметить, при увеличении сопротивления затвора, скорость переключения уменьшается и потери на переключения растут. Соответственно это повлияет на эффективность системы в целом. Напротив, если применять меньшее сопротивление затвора, переключение станет более быстрым и потери уменьшаться, но при этом шум, вызванный быстрым нарастанием тока и напряжения, будет увеличиваться, что может быть критично, когда нужно отвечать требованиям электромагнитной совместимости поэтому значение сопротивления затвора нужно выбирать очень аккуратно.
4. То самое “паразитное” включение
В начале, когда я писал о функциях затворного резистора, я упоминал о возможности ключа самопроизвольно включиться. Чтобы такого не случилось, можно рассчитать напряжение, которое может появиться на затворе транзистора, посмотрим на изображение ниже и запишем две небольшие формулы:
И не стоит забывать, что напряжение открытия ключа сильно зависит от температуры кристалла, и это тоже нужно учитывать.Заключение
Теперь у нас есть формулы для оптимального (в какой-то степени) подбора с первого взгляда такого простого элемента силовой схемы, как затворный резистор.
Вполне возможно вы не нашли тут ничего нового, но я надеюсь, что хоть кому-то эта заметка окажется полезной.
Также для расширения кругозора в том числе в области управлении силовыми ключами очень советую выделять часик-два в неделю на прочтение всяких статей и апноутов от именитых производителей силовой электроники, в особенности о применении микросхем драйверов. Уверен, найдёте там очень много интересностей. Для старта, и чтобы углубится в рассмотренную тему предлагаю вот эту.
Спасибо за прочтение!
90000 Multiple Choice Questions and Answers on FET 90001 90002 90003 Multiple Choice Questions and Answers on FET (Field Effect Transistors) 90004 90005 90002 In addition to reading the questions and answers on my site, I would suggest you to check the following, on amazon, as well: 90005 90002 90003 Q1. A JFET has three terminals, namely ………… 90004 90005 90012 90013 cathode, anode, grid 90014 90013 emitter, base, collector 90014 90013 source, gate, drain 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q2.A JFET is similar in operation to …………. valve 90004 90005 90012 90013 diode 90014 90013 pentode 90014 90013 triode 90014 90013 tetrode 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q3. A JFET is also called …………… transistor 90004 90005 90012 90013 unipolar 90014 90013 bipolar 90014 90013 unijunction 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q4. A JFET is a ………… driven device 90004 90005 90012 90013 current 90014 90013 voltage 90014 90013 both current and voltage 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q5.The gate of a JFET is ………… biased 90004 90005 90012 90013 reverse 90014 90013 forward 90014 90013 reverse as well as forward 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q6. The input impedance of a JFET is …………. that of an ordinary transistor 90004 90005 90012 90013 equal to 90014 90013 less than 90014 90013 more than 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q7. In a p-channel JFET, the charge carriers are ………….. 90004 90005 90012 90013 electrons 90014 90013 holes 90014 90013 both electrons and holes 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q8. When drain voltage equals the pinch-off-voltage, then drain current …………. with the increase in drain voltage 90004 90005 90012 90013 decreases 90014 90013 increases 90014 90013 remains constant 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q9.If the reverse bias on the gate of a JFET is increased, then width of the conducting channel ………… .. 90004 90005 90012 90013 is decreased 90014 90013 is increased 90014 90013 remains the same 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q10. A MOSFET has …………… terminals 90004 90005 90012 90013 two 90014 90013 five 90014 90013 four 90014 90013 three 90014 90021 90002 90003 Answer: 4 90004 90005 90002 90003 Q11. A MOSFET can be operated with …………….. 90004 90005 90012 90013 negative gate voltage only 90014 90013 positive gate voltage only 90014 90013 positive as well as negative gate voltage 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q12. A JFET has ……… .. power gain 90004 90005 90012 90013 small 90014 90013 very high 90014 90013 very small 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q13. The input control parameter of a JFET is …………… 90004 90005 90012 90013 gate voltage 90014 90013 source voltage 90014 90013 drain voltage 90014 90013 gate current 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q14.A common base configuration of a pnp transistor is analogous to ………… of a JFET 90004 90005 90012 90013 common source configuration 90014 90013 common drain configuration 90014 90013 common gate configuration 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q15. A JFET has high input impedance because ………… 90004 90005 90012 90013 it is made of semiconductor material 90014 90013 input is reverse biased 90014 90013 of impurity atoms 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q16.In a JFET, when drain voltage is equal to pinch-off voltage, the depletion layers ……… 90004 90005 90012 90013 almost touch each other 90014 90013 have large gap 90014 90013 have moderate gap 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q17. In a JFET, I 90298 DSS 90299 is known as ………… .. 90004 90005 90012 90013 drain to source current 90014 90013 drain to source current with gate shorted 90014 90013 drain to source current with gate open 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q18.The two important advantages of a JFET are ………… .. 90004 90005 90012 90013 high input impedance and square-law property 90014 90013 inexpensive and high output impedance 90014 90013 low input impedance and high output impedance 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q19. …………. has the lowest noise-level 90004 90005 90012 90013 triode 90014 90013 ordinary trnsistor 90014 90013 tetrode 90014 90013 JFET 90014 90021 90002 90003 Answer: 4 90004 90005 90002 90003 Q20.A MOSFET is sometimes called ………. JFET 90004 90005 90012 90013 many gate 90014 90013 open gate 90014 90013 insulated gate 90014 90013 shorted gate 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q21. Which of the following devices has the highest input impedance? 90004 90005 90012 90013 JFET 90014 90013 MOSFET 90014 90013 Crystal diode 90014 90013 ordinary transistor 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q22. A MOSFET uses the electric field of a ……….to control the channel current 90004 90005 90012 90013 capacitor 90014 90013 battery 90014 90013 generator 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q23. The pinch-off voltage in a JFET is analogous to ………. voltage in a vacuum tube 90004 90005 90012 90013 anode 90014 90013 cathode 90014 90013 grid cut off 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q24. This question will be available soon 90004 90005 90002 90005 90002 90003 Q25.In class A operation, the input circuit of a JFET is ………. biased 90004 90005 90012 90013 forward 90014 90013 reverse 90014 90013 not 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q26. If the gate of a JFET is made less negative, the width of the conducting channel ………. 90004 90005 90012 90013 remains the same 90014 90013 is decreased 90014 90013 is increased 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q27.The pinch-off voltage of a JFET is about ………. 90004 90005 90012 90013 5 V 90014 90013 0.6 V 90014 90013 15 V 90014 90013 25 V 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q28. The input impedance of a MOSFET is of the order of ……… .. 90004 90005 90012 90013 Ω 90014 90013 a few hundred Ω 90014 90013 kΩ 90014 90013 several MΩ 90014 90021 90002 90003 Answer: 4 90004 90005 90002 90003 Q29. The gate voltage in a JFET at which drain current becomes zero is called ……….. voltage 90004 90005 90012 90013 saturation 90014 90013 pinch-off 90014 90013 active 90014 90013 cut-off 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q30. This question will be available soon 90004 90005 90002 90005 90002 90003 Q31. In a FET, there are ……… .. pn junctions at the sides 90004 90005 90012 90013 three 90014 90013 four 90014 90013 five 90014 90013 two 90014 90021 90002 90003 Answer: 4 90004 90005 90002 90003 Q32. The transconductance of a JFET ranges from …………….. 90004 90005 90012 90013 100 to 500 mA / V 90014 90013 500 to 1000 mA / V 90014 90013 0.5 to 30 mA / V 90014 90013 above тисячу mA / V 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q33. The source terminal of a JEFT corresponds to ………… .. of a vacuum tube 90004 90005 90012 90013 plate 90014 90013 cathode 90014 90013 grid 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q34. The output characteristics of a JFET closely resemble the output characteristics of a ……….valve 90004 90005 90012 90013 pentode 90014 90013 tetrode 90014 90013 triode 90014 90013 diode 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q35. If the cross-sectional area of the channel in n-channel JEFT increases, the drain current ………. 90004 90005 90012 90013 is increased 90014 90013 is decreased 90014 90013 remains the same 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q36. The channel of a JFET is between the …………….90004 90005 90012 90013 gate and drain 90014 90013 drain and source 90014 90013 gate and source 90014 90013 input and output 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q37. For V 90298 GS 90299 = 0 V, the drain current becomes constant when V 90298 DS 90299 exceeds ……… 90004 90005 90012 90013 cut off 90014 90013 V 90298 DD 90299 90014 90013 V 90298 P 90299 90014 90013 o V 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q38. A certain JFET data sheet gives V 90298 GS (off) 90299 = -4 V.The pinch-off voltage V 90298 p 90299 is …… .. 90004 90005 90012 90013 +4 V 90014 90013 -4 V 90014 90013 dependent on V 90298 GS 90299 90014 90013 data insufficient 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q39. The constant-current region of a JFET lies between 90004 90005 90012 90013 cut off and saturation 90014 90013 cut off and pinch-off 90014 90013 o and I 90298 DSS 90299 90014 90013 pinch-off and breakdown 90014 90021 90002 90003 Answer: 4 90004 90005 90002 90003 Q40.At cut-off, the JFET channel is ………. 90004 90005 90012 90013 at its widest point 90014 90013 completely closed by the depletion region 90014 90013 extremely narrow 90014 90013 reverse baised 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q41. A MOSFET differs from a JFET mainly because ……………… 90004 90005 90012 90013 of power rating 90014 90013 the MOSFET has two gates 90014 90013 the JFET has a pn junction 90014 90013 none of the above 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q42.A certain D-MOSFET is biased at V 90298 GS 90299 = 0 V. Its data sheet specifies I 90298 DSS 90299 = 20mA and V 90298 GS (off) 90299 = -5 V. The value of the drain current is ………… 90004 90005 90012 90013 20 mA 90014 90013 0 mA 90014 90013 40 mA 90014 90013 10 mA 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q43. A n-channel D-MOSFET with a positive V 90298 GS 90299 is operating in ………… 90004 90005 90012 90013 the depletion-mode 90014 90013 the enhancement-mode 90014 90013 cut off 90014 90013 saturation 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q44.A certain p-channel E-MOSFET has V 90298 GS (th) 90299 = -2V. If V 90298 GS 90299 = 0V, the drain current is ………. 90004 90005 90012 90013 0 mA 90014 90013 I 90298 D (on) 90299 90014 90013 maximum 90014 90013 I 90298 DSS 90299 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q45. In a common-source JFET amplifier, the output voltage is ………………… 90004 90005 90012 90013 180 90816 o 90817 out of phase with the input 90014 90013 in phase with the input 90014 90013 90 90816 o 90817 out of phase with the input 90014 90013 taken at the source 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q46.In a certain common-source D-MOSFET amplifier, V 90298 ds 90299 = 3.2 V r.m. and V 90298 gs 90299 = 280 mV r.m.s. The voltage gain is ………… 90004 90005 90012 90013 1 90014 90013 11.4 90014 90013 8.75 90014 90013 3.2 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q47. In a certain CS JFET amplifier, R 90298 D 90299 = 1kΩ, R 90298 S 90299 = 560 Ω, V 90298 DD 90299 = 10V and g 90298 m 90299 = 4500 μS. If the source resistor is completely bypassed, the voltage gain is ………… 90004 90005 90012 90013 450 90014 90013 45 90014 90013 2.52 90014 90013 4.5 90014 90021 90002 90003 Answer: 4 90004 90005 90002 90003 Q48. A certain common-source JFET has a voltage gain of 10. If the source bypass capacitor is removed, ………………. 90004 90005 90012 90013 the voltage gain will increase 90014 90013 the transconductance will increase 90014 90013 the voltage gain will decrease 90014 90013 the Q-point will shift 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q49. A CS JFET amplifier has a load resistance of 10 kΩ, R 90298 D 90299 = 820Ω.If g 90298 m 90299 = 5mS and V 90298 in 90299 = 500 mV, the output signal voltage is ……… .. 90004 90005 90012 90013 2.05 V 90014 90013 25 V 90014 90013 0.5 V 90014 90013 1.89 V 90014 90021 90002 90003 Answer: 4 90004 90005 90002 90003 Q50. If load resistance in the above question (Q.49) is removed, the output voltage will ………… 90004 90005 90012 90013 increase 90014 90013 decrease 90014 90013 stay the same 90014 90013 be zero 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q.51. When not in use, MOSFET pins are kept at the same potential through the use of ………… 90004 90005 90012 90013 shipping foil 90014 90013 nonconductive foam 90014 90013 conductive foam 90014 90013 a wrist strap 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q.52. D-MOSFETs are sometimes used in series to construct a cascode high-frequency amplifier to overcome the loss of ………… .. 90004 90005 90012 90013 low output impedance 90014 90013 capacitive reactance 90014 90013 high input impedance 90014 90013 inductive reactance 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q.53. A «U» shaped, opposite-polarity material built near a JFET-channel center is called the ………. 90004 90005 90012 90013 gate 90014 90013 block 90014 90013 drain 90014 90013 heat sink 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q.54. When testing an n-channel D-MOSFET, resistance G to D = 90996, resistance G to S = 90996, resistance D to SS = 90996 and 500 90999, depending on the polarity of the ohmmeter, and resistance D to S = 500 90999 . What is wrong? 90004 90005 90012 90013 short D to S 90014 90013 open G to D 90014 90013 open D to SS 90014 90013 nothing 90014 90021 90002 90003 Answer: 4 90004 90005 90002 90003 Q.55. In the constant-current region, how will the I 90298 DS 90299 change in an n-channel JFET? 90004 90005 90012 90013 As V 90298 GS 90299 decreases I 90298 D 90299 decreases. 90014 90013 As V 90298 GS 90299 increases I 90298 D 90299 increases 90014 90013 As V 90298 GS 90299 decreases I 90298 D 90299 remains constant. 90014 90013 As V 90298 GS 90299 increases I 90298 D 90299 remains constant. 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q.56. I 90298 DSS 90299 can be defined as ……… 90004 90005 90012 90013 the minimum possible drain current 90014 90013 the maximum possible current with V 90298 GS 90299 held at -4 V 90014 90013 the maximum possible current with V 90298 GS 90299 held at 0 V 90014 90013 the maximum drain current with the source shorted 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q.57. The input impedance of a common-gate configured JFET is ………… 90004 90005 90012 90013 very low 90014 90013 low 90014 90013 high 90014 90013 very high 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q.58. A very simple bias for a D-MOSFET is called …… .. 90004 90005 90012 90013 self biasing 90014 90013 gate biasing 90014 90013 zero biasing 90014 90013 voltage-divider biasing 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q.59. With the E-MOSFET, when gate input voltage is zero, drain current is ….. 90004 90005 90012 90013 at saturation 90014 90013 zero 90014 90013 I 90298 DSS 90299 90014 90013 widening the channel 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q.60. With a 30-volt V 90298 DD 90299, and an 8-kilohm drain resistor, what is the E-MOSFET Q point voltage, with I 90298 D 90299 = 3 mA? 90004 90005 90012 90013 6 V 90014 90013 10 V 90014 90013 24 V 90014 90013 30 V 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q.61.When an input signal reduces the channel size, the process is called ……. 90004 90005 90012 90013 enhancement 90014 90013 substrate connecting 90014 90013 gate charge 90014 90013 depletion 90014 90021 90002 90003 Answer: 4 90004 90005 90002 90003 Q.62. Which JFET configuration would connect a high-resistance signal source to a low-resistance load? 90004 90005 90012 90013 source follower 90014 90013 common-source 90014 90013 common-drain 90014 90013 common-gate 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q.63. When V 90298 GS 90299 = 0 V, a JFET is ………. 90004 90005 90012 90013 saturated 90014 90013 an analog device 90014 90013 an open switch 90014 90013 an open switch 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q.64. The electrons flow through a p-channel JFET from ……… .. to ………… .. 90004 90005 90012 90013 from source to drain 90014 90013 from source to gate 90014 90013 from drain to gate 90014 90013 from drain to source 90014 90021 90002 90003 Answer: 4 90004 90005 90002 90003 Q.65. When applied input voltage varies the resistance of a channel, the result is called ………… .. 90004 90005 90012 90013 saturization 90014 90013 polarization 90014 90013 cutoff 90014 90013 field effect 90014 90021 90002 90003 Answer: 4 90004 90005 90002 90003 Q.66. When is a vertical channel E-MOSFET used? 90004 90005 90012 90013 for high frequencies 90014 90013 for high voltages 90014 90013 for high currents 90014 90013 for high resistances 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q.67. When the JFET is no longer able to control the current, this point is called the ………… 90004 90005 90012 90013 breakdown region 90014 90013 depletion region 90014 90013 saturation point 90014 90013 pinch-off region 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q.68. With a JFET, a ratio of output current change against an input voltage change is called as ……… .. 90004 90005 90012 90013 transconductance 90014 90013 siemens 90014 90013 resistivity 90014 90013 gain 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q.69. Which type of JFET bias requires a negative supply voltage? 90004 90005 90012 90013 feedback 90014 90013 source 90014 90013 gate 90014 90013 voltage divider 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q.70. How will a D-MOSFET input impedance change with signal frequency? 90004 90005 90012 90013 As frequency increases input impedance increases. 90014 90013 As frequency increases input impedance is constant. ‘90014 90013 As frequency decreases input impedance increases.90014 90013 As frequency decreases input impedance is constant. 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q.71. The type of bias most often used with E-MOSFET circuits is …………. 90004 90005 90012 90013 constant current 90014 90013 drain-feedback 90014 90013 voltage-divider 90014 90013 zero biasing 90014 90021 90002 90003 Answer: 2 90004 90005 90002 90003 Q.72. The transconductance curve of a JFET is a graph of …………… vs ………. 90004 90005 90012 90013 I 90298 S 90299 versus V 90298 DS 90299 90014 90013 I 90298 C 90299 versus V 90298 CE 90299 90014 90013 I 90298 D 90299 versus V 90298 GS 90299 90014 90013 I 90298 D 90299 × R 90298 DS 90299 90014 90021 90002 90003 Answer: 3 90004 90005 90002 90003 Q.73. The common-source JFET amplifier has ……… .. 90004 90005 90012 90013 a very high input impedance and a relatively low voltage gain 90014 90013 a high input impedance and a very high voltage gain 90014 90013 a high input impedance and a voltage gain less than 1 90014 90013 no voltage gain 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90003 Q.74. The overall input capacitance of a dual-gate D-MOSFET is lower because the devices are usually connected ……… .. 90004 90005 90012 90013 in parallel 90014 90013 with separate insulation 90014 90013 with separate inputs 90014 90013 in series 90014 90021 90002 90003 Answer: 4 90004 90005 90002 90003 Q.75. Which component is considered to be an «OFF» devic. 90004 90005 90012 90013 transistor 90014 90013 JFET 90014 90013 D-MOSFET 90014 90013 E-MOSFET 90014 90021 90002 90003 Answer: 4 90004 90005 90002 90003 Q.76. In an n-channel JFET, what will happen at the pinch-off voltage? 90004 90005 90012 90013 the value of V 90298 DS 90299 at which further increases in V 90298 DS 90299 will cause no further increase in I 90298 D 90299 90014 90013 the value of V 90298 GS 90299 at which further decreases in V 90298 GS 90299 will cause no further increases in I 90298 D 90299 90014 90013 the value of V 90298 DG 90299 at which further decreases in V 90298 DG 90299 will cause no further increases in I 90298 D 90299 90014 90013 the value of V 90298 DS 90299 at which further increases in V 90298 GS 90299 will cause no further increases in I 90298 D 90299 90014 90021 90002 90003 Answer: 1 90004 90005 90002 90005 90002 90005 90002 Check out the ultimate resource on 91490 90003 Basic Electronics Questions and Answers.90004 91493 With hundreds of chapter-wise questions & answers on Basic Electronics, this is the most comprehensive question bank on the entire internet. 90005 90002 In addition to reading the questions and answers on my site, I would suggest you to check the following, on amazon, as well: 90005 .90000 Part 2 PCB and Components 90001 90002 Resistors, diodes, and transistors are integral parts of a functioning Printed Circuit Board. Without them, a PCB would not be able to perform its tasks. Each of these components has a specific function. 90003 90004 Resistors 90005 90004 90007 90008 90005 90002 Resistors are a part of a Printed Circuit Board. A resistor creates resistance in the flow of electricity. When calculating resistance the measurements are in ohms. An ohm is a standard for measuring electrical resistance.90003 90002 Resistors have many different purposes. A resistor’s purpose includes the division of voltage. Resistors divide voltage when they are in series with each other. Another purpose of resistors is their way of generating heat. A resistor can generate heat by converting the electrical energy flowing through it to heat energy. The final purpose that we will describe is how resistors match and load circuits. Most of the output power is displaced as heat in the instance of a too low load resistance.However, if the load resistance is too high then the current will be too low to move energy to the load. 90003 90002 Here is an excellent video from ResistorGuide.com: 90003 90002 90017 90018 90003 90020 Diodes 90021 90002 90023 90024 90003 90002 Diodes only allow current to flow in a single direction. Also, diodes have two electrodes. The anode and the cathode are the two electrodes within a diode. An anode allows current to flow from an outside circuit. Whereas a cathode allows current to flow out in a polarized device.A cathode is also metallic. 90003 90002 A diode only works properly if a cathode is negatively charged in respect to the anode at the specified voltage. Therefore, when a cathode is positively charged the diode does not work at all. This will also happen if the cathode has the same voltage as the anode. It also occurs when its negativity is less than that of the forward breakover voltage with respect to the anode. The direction of the cathode is very important to the diodes functionality. 90003 90030 90031 Transistors 90032 90002 90034 90035 90003 90002 Transistors are three-terminal devices.This three-terminal device can regulate current or voltage flow while also acting as a switch for signals of the electronic variety. Semiconductors make up three layers of a transistor. Therefore, each of these layers can carry current. The material of a semiconductor is between that of a real conductor and an insulator. A transistor’s job is to amplify or switch electronic signals and electrical power and to regulate the current or voltage flow in a circuit and that is only possible due to the semiconductors.90003 90031 Stay in touch 90032 90002 Coming Soon: our continuation of our series on printed circuit boards and their components. 90003 90002 You can always visit our blog for more information or our website! 90003 90002 Also, visit our Facebook, Twitter, Google+, and LinkedIn. 90003 .90000 90001 90002% PDF-1.4 % 432 0 obj > endobj xref 432 87 0000000016 00000 n 0000002109 00000 n 0000002479 00000 n 0000002631 00000 n 0000005227 00000 n 0000005620 00000 n 0000005687 00000 n 0000005870 00000 n 0000006014 00000 n 0000006173 00000 n 0000006332 00000 n 0000006488 00000 n 0000006629 00000 n 0000006774 00000 n 0000006902 00000 n 0000007049 00000 n 0000007170 00000 n 0000007290 00000 n 0000007420 00000 n 0000007535 00000 n 0000007692 00000 n 0000007838 00000 n 0000007997 00000 n 0000008151 00000 n 0000008300 00000 n 0000008440 00000 n 0000008598 00000 n 0000008740 00000 n 0000008884 00000 n 0000009028 00000 n 0000009181 00000 n 0000009318 00000 n 0000009466 00000 n 0000009678 00000 n 0000009836 00000 n 0000009993 00000 n 0000010152 00000 n 0000010284 00000 n 0000010416 00000 n 0000010548 00000 n 0000010702 00000 n 0000010917 00000 n 0000011130 00000 n 0000011269 00000 n 0000011425 00000 n 0000011574 00000 n 0000011700 00000 n 0000011831 00000 n 0000011979 00000 n 0000012127 00000 n 0000012272 00000 n 0000012419 00000 n 0000012549 00000 n 0000012698 00000 n 0000012848 00000 n 0000013008 00000 n 0000013155 00000 n 0000013317 00000 n 0000013471 00000 n 0000013622 00000 n 0000013751 00000 n 0000013963 00000 n 0000014107 00000 n 0000014263 00000 n 0000014631 00000 n 0000014785 00000 n 0000014938 00000 n 0000014988 00000 n 0000015018 00000 n 0000015069 00000 n 0000015110 00000 n 0000015798 00000 n 0000015820 00000 n 0000016389 00000 n 0000016631 00000 n 0000016861 00000 n 0000017483 00000 n 0000017668 00000 n 0000017747 00000 n 0000017850 00000 n 0000042484 00000 n 0000067095 00000 n 0000069774 00000 n 0000069981 00000 n 0000070038 00000 n 0000003192 00000 n 0000005204 00000 n trailer ] >> startxref 0 %% EOF 433 0 obj ~) >> >> / LastModified (2`pJgO ~) / MarkInfo> >> endobj 434 0 obj S { `# / 90003.90000 From Tubes To Transistors — Computer History 101: The Development Of The PC 90001 90002 From Tubes To Transistors 90003 90004 From UNIVAC to the latest desktop PCs, computer evolution has moved very rapidly. The first-generation computers were known for using vacuum tubes in their construction. The generation to follow would use the much smaller and more efficient transistor. 90005 90004 90007 From Tubes … 90008 90005 90004 Any modern digital computer is largely a collection of electronic switches.These switches are used to represent and control the routing of data elements called 90007 binary digits (or bits) 90008 .Because of the on-or-off nature of the binary information and signal routing the computer uses, an efficient electronic switch was required. The first electronic computers used vacuum tubes as switches, and although the tubes worked, they had many problems. 90005 90004 90005 The three main components of a basic triode vacuum tube. 90004 The type of tube used in early computers was called a triode and was invented by Lee De Forest in 1906.It consists of a cathode and a plate, separated by a control grid, suspended in a glass vacuum tube. The cathode is heated by a red-hot electric filament, which causes it to emit electrons that are attracted to the plate. The control grid in the middle can control this flow of electrons. By making it negative, you cause the electrons to be repelled back to the cathode; by making it positive, you cause them to be attracted toward the plate. Thus, by controlling the grid current, you can control the on / off output of the plate.90005 90004 Unfortunately, the tube was inefficient as a switch. It consumed a great deal of electrical power and gave off enormous heat-a significant problem in the earlier systems. Primarily because of the heat they generated, tubes were notoriously unreliable-in larger systems, one failed every couple of hours or so. 90005 90004 90007 … To Transistors 90008 90005 90004 The invention of the transistor was one of the most important developments leading to the personal computer revolution.The transistor was invented in 1947 and announced in 1948 by Bell Laboratory engineers John Bardeen and Walter Brattain. Bell associate William Shockley invented the junction transistor a few months later, and all three jointly shared the Nobel Prize in Physics in 1956 for inventing the transistor. The transistor, which essentially functions as a solid-state electronic switch, replaced the less-suitable vacuum tube. Because the transistor was so much smaller and consumed significantly less power, a computer system built with transistors was also much smaller, faster, and more efficient than a computer system built with vacuum tubes.90005 90004 The conversion from tubes to transistors began the trend toward miniaturization that continues to this day. Today’s small laptop PC (or netbook, if you prefer) and even Tablet PC systems, which run on batteries, have more computing power than many earlier systems that filled rooms and consumed huge amounts of electrical power. 90005 90004 Although there have been many designs for transistors over the years, the transistors used in modern computers are normally 90007 Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs).MOSFETs 90008 are made from layers of materials deposited on a silicon substrate. Some of the layers contain silicon with certain impurities added by a process called doping or ion bombardment, whereas other layers include silicon dioxide (which acts as an insulator), polysilicon (which acts as an electrode), and metal to act as the wires to connect the transistor to other components. The composition and arrangement of the different types of doped silicon allow them to act both as a conductor or an insulator, which is why silicon is called a semiconductor.90005 90004 90007 MOSFETs 90008 can be constructed as either 90007 NMOS 90008 or 90007 PMOS 90008 types, based on the arrangement of doped silicon used. Silicon doped with boron is called P-type (positive) because it lacks electrons, whereas silicon doped with phosphorus is called N-type (negative) because it has an excess of free electrons. 90005 90004 90007 MOSFETs 90008 have three connections, called the source, gate, and drain. An 90007 NMOS 90008 transistor is made by using N-type silicon for the source and drain, with P-type silicon placed in between.The gate is positioned above the P-type silicon, separating the source and drain, and is separated from the P-type silicon by an insulating layer of silicon dioxide. Normally there is no current flow between N-type and P-type silicon, thus preventing electron flow between the source and drain. When a positive voltage is placed on the gate, the gate electrode creates a field that attracts electrons to the P-type silicon between the source and drain. That in turn changes that area to behave as if it were N-type silicon, creating a path for current to flow and turning the transistor «on.»90005 90004 90005 Cutaway view of an NMOS transistor. 90004 A 90007 PMOS 90008 transistor works in a similar but opposite fashion. P-type silicon is used for the source and drain, with N-type silicon positioned between them. When a negative voltage is placed on the gate, the gate electrode creates a field that repels electrons from the N-type silicon between the source and drain. That in turn changes that area to behave as if it were P-type silicon, creating a path for current to flow and turning the transistor «on.»90005 90004 When both 90007 NMOS 90008 and 90007 PMOS 90008 field-effect transistors are combined in a complementary arrangement, power is used only when the transistors are switching, making dense, low-power circuit designs possible. Because of this, virtually all modern processors are designed using CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) technology. 90005 90004 Compared to a tube, a transistor is much more efficient as a switch and can be miniaturized to microscopic scale. Since the transistor was invented, engineers have strived to make it smaller and smaller.In 2003 NEC researchers unveiled a silicon transistor only 5 nanometers (billionths of a meter) in size. Other technology, such as 90007 Graphene 90008 and 90007 carbon nanotubes 90008, are being explored to produce even smaller transistors, down to the molecular or even atomic scale. In 2008, British researchers unveiled a Graphene-based transistor only 1 atom thick and 10 atoms (1 nm) across, and in 2010 IBM researchers created Graphene transistors switching at a rate of 100 gigahertz, thus paving the way for future chips denser and faster than possible with silicon-based designs.90005 90004 90007 Integrated Circuits: The Next Generation 90008 90005 90004 The third generation of modern computers is known for using 90007 integrated circuits 90008 instead of individual transistors. Jack Kilby at Texas Instruments and Robert Noyce at Fairchild are both credited with having invented the 90007 integrated circuit (IC) 90008 in тисяча дев’ятсот п’ятьдесят вісім and 1959. An IC is a 90007 semiconductor circuit 90008 that contains more than one component on the same 90007 base (or substrate material) 90008, which are usually interconnected without wires.The first prototype IC constructed by Kilby at TI in 1958 contained only one transistor, several resistors, and a capacitor on a single slab of germanium, and it featured fine gold «flying wires» to interconnect them. However, because the flying wires had to be individually attached, this type of design was not practical to manufacture. By comparison, Noyce patented the «planar» IC design in 1959 where all the components are diffused in or etched on a silicon base, including a layer of aluminum metal interconnects.In 1960 Fairchild constructed the first 90007 planar IC 90008, consisting of a flip-flop circuit with four transistors and five resistors on a 90007 circular die 90008 only about 20 mm 90081 2 90082 in size. By comparison, the 90007 Intel Core i7 quad-core processor 90008 incorporates 731 million transistors (and numerous other components) on a single 263 mm 90081 2 90082 die! 90005 .