Toutes les expériences utilisent des transistors KT315B, des diodes D9B et des lampes à incandescence miniatures de 2,5 V x 0,068 A. Les écouteurs sont à haute impédance, de type TON-2. Condensateur variable - n'importe lequel, d'une capacité de 15...180 pF. La batterie d'alimentation se compose de deux batteries 4,5 V 3R12 connectées en série. Les lampes peuvent être remplacées par des LED AL307A connectées en série et une résistance de 1 kOhm.
Le courant électrique est le mouvement dirigé d'électrons d'un pôle à un autre sous l'influence d'une tension (pile 9 V).
Tous les électrons ont la même charge négative. Les atomes de différentes substances possèdent un nombre d’électrons différent. La plupart des électrons sont étroitement liés aux atomes, mais il existe également des électrons dits « libres » ou de valence. Si une tension est appliquée aux extrémités du conducteur, les électrons libres commenceront à se déplacer vers le pôle positif de la batterie.
Dans certains matériaux, les électrons se déplacent relativement librement et sont appelés conducteurs ; dans d'autres, le mouvement est difficile, on les appelle semi-conducteurs ; troisièmement, c'est généralement impossible : de tels matériaux sont appelés isolants ou diélectriques.
Les métaux sont de bons conducteurs de courant. Des substances telles que le mica, la porcelaine, le verre, la soie, le papier et le coton sont classées comme isolants.
Les semi-conducteurs comprennent le germanium, le silicium, etc. Ces substances deviennent conductrices sous certaines conditions. Cette propriété est utilisée dans la production de dispositifs semi-conducteurs - diodes, transistors.
Riz. 1. Détermination de la conductivité de l'eau
Cette expérience démontre le fonctionnement d'un circuit électrique simple et les différences de conductivité entre les conducteurs, les semi-conducteurs et les diélectriques.
Assemblez le circuit comme indiqué sur la Fig. 1, et amenez les extrémités dénudées des fils vers l’avant de la carte. Connectez les extrémités nues ensemble, l’ampoule s’allumera. Cela indique qu'un courant électrique traverse le circuit.
En utilisant deux fils, vous pouvez tester la conductivité de divers matériaux. Pour déterminer avec précision la conductivité de certains matériaux, des instruments spéciaux sont nécessaires. (La luminosité de l'ampoule peut uniquement déterminer si le matériau testé est un bon ou un mauvais conducteur.)
Connectez les extrémités nues des deux conducteurs à un morceau de bois sec à une courte distance l'un de l'autre. La lumière ne s'allumera pas. Cela signifie que le bois sec est un diélectrique. Si les extrémités dénudées de deux conducteurs sont connectées à de l'aluminium, du cuivre ou de l'acier, l'ampoule s'allumera. Cela suggère que les métaux sont de bons conducteurs du courant électrique.
Trempez les extrémités nues des conducteurs dans un verre d'eau du robinet (Fig. 1, a). La lumière n'est pas allumée. Cela signifie que l’eau est un mauvais conducteur de courant. Si vous ajoutez un peu de sel à l'eau et répétez l'expérience (Fig. 1, b), l'ampoule s'allumera, ce qui indique la circulation du courant dans le circuit.
La résistance de 56 ohms dans ce circuit et dans toutes les expériences ultérieures sert à limiter le courant dans le circuit.
Le but de cette expérience est de démontrer clairement que la diode conduit bien le courant dans un sens et ne conduit pas dans le sens opposé.
Assemblez le circuit comme indiqué sur la Fig. 2, une. La lampe s'allumera. Faites pivoter la diode de 180° (Fig. 2, b). La lumière ne s'allumera pas.
Essayons maintenant de comprendre l’essence physique de l’expérience.
Riz. 2. Action d'une diode semi-conductrice dans un circuit électronique.
Les substances semi-conductrices que sont le germanium et le silicium possèdent chacune quatre électrons libres ou de valence. Les atomes du semi-conducteur sont liés en cristaux denses (réseau cristallin) (Fig. 3, a).
Riz. 3. Réseau cristallin de semi-conducteurs.
Si une impureté est introduite dans un semi-conducteur ayant quatre électrons de valence, par exemple l'arsenic, qui a cinq électrons de valence (Fig. 3, b), alors le cinquième électron du cristal sera libre. De telles impuretés fournissent une conductivité électronique, ou conductivité de type n.
Les impuretés qui ont une valence inférieure à celle des atomes semi-conducteurs ont la capacité d'attacher des électrons à elles-mêmes ; ces impuretés fournissent une conductivité de trou, ou conductivité de type p (Fig. 3, c).
Riz. 4. jonctions p-n dans une diode semi-conductrice.
Une diode semi-conductrice est constituée d'une jonction de matériaux de type p et n (jonction p-n) (Fig. 4, a). Selon la polarité de la tension appliquée, la jonction p-n peut soit faciliter (Fig. 4, d) soit gêner (Fig. 4, c) le passage du courant électrique. A l'interface de deux semi-conducteurs, avant même d'appliquer une tension externe, une couche électrique binaire avec un champ électrique local d'intensité E 0 est créée (Fig. 4, b).
Si un courant alternatif traverse la diode, la diode ne laissera passer que la demi-onde positive (Fig. 4 d) et la négative ne passera pas (voir Fig. 4, c). La diode convertit ainsi, ou « redresse », le courant alternatif en courant continu.
Cette expérience démontre clairement la fonction de base d'un transistor, qui est un amplificateur de courant. Un petit courant de commande dans le circuit de base peut provoquer un courant important dans le circuit émetteur-collecteur. En modifiant la résistance de la résistance de base, vous pouvez modifier le courant du collecteur.
Assemblez le circuit (Fig. 5). Placez les résistances dans le circuit une par une : 1 MOhm, 470 kOhm, 100 kOhm, 22 kOhm, 10 kOhm. Vous remarquerez qu'avec des résistances de 1 MΩ et 470 kΩ l'ampoule ne s'allume pas ; 100 kOhm - l'ampoule s'allume à peine ; 22 kOhm - l'ampoule brûle plus fort ; La pleine luminosité est observée lors de la connexion d'une résistance de base de 10 kOhm.
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Riz. 6. Transistor à structure n-p-n. |
Riz. 7. Transistor à structure pnp. |
Un transistor est essentiellement constitué de deux diodes semi-conductrices qui ont une zone commune : la base. Si dans ce cas la région de conductivité p s'avère commune, alors un transistor avec une structure n-p-n sera obtenu (Fig. 6) ; si la zone générale est de conductivité n, alors le transistor aura une structure pnp (Fig. 7).
La région du transistor qui émet (émigre) des porteurs de courant est appelée émetteur ; La zone qui collecte les porteurs de courant est appelée un collecteur. La zone délimitée entre ces zones est appelée la base. La transition entre l'émetteur et la base s'appelle l'émetteur, et entre la base et le collecteur s'appelle le collecteur.
En figue. La figure 5 montre l'inclusion d'un transistor n-p-n dans un circuit électrique.
Lorsqu'un transistor PNP est connecté au circuit, la polarité de la batterie B est inversée.
Pour les courants circulant dans un transistor, il existe une relation
Je e = Je b + Je k
Les transistors sont caractérisés par un gain de courant, désigné par la lettre β, qui est le rapport entre l'augmentation du courant du collecteur et la variation du courant de base.
La valeur de β varie de quelques dizaines à plusieurs centaines d'unités selon le type de transistor.
Après avoir étudié le principe de fonctionnement d'un transistor, vous pouvez démontrer les propriétés d'un condensateur. Assemblez le circuit (Fig. 8), mais ne fixez pas le condensateur électrolytique de 100 µF. Connectez-le ensuite à la position A pendant un moment (Fig. 8, a). La lumière s'allumera et s'éteindra. Cela indique qu'un courant de charge de condensateur circulait dans le circuit. Placez maintenant le condensateur en position B (Fig. 8, b), mais ne touchez pas les bornes avec vos mains, sinon le condensateur pourrait se décharger. Le voyant s'allumera et s'éteindra, indiquant que le condensateur s'est déchargé. Remettez maintenant le condensateur en position A. Il est chargé. Placez le condensateur de côté pendant un moment (10 s) sur le matériau isolant, puis placez-le en position B. La lumière s'allumera et s'éteindra. De cette expérience, il ressort clairement que le condensateur est capable d’accumuler et de stocker une charge électrique pendant une longue période. La charge accumulée dépend de la capacité du condensateur.
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Riz. 8. Schéma expliquant le principe de fonctionnement d'un condensateur. |
Riz. 9. Modification de la tension et du courant aux bornes du condensateur au fil du temps. |
Chargez le condensateur en le plaçant en position A, puis déchargez-le en connectant les conducteurs aux extrémités dénudées aux bornes du condensateur (tenez le conducteur par la partie isolée !), et placez-le en position B. L'ampoule ne s'allumera pas. . Comme le montre cette expérience, un condensateur chargé agit comme une source d'alimentation (batterie) dans le circuit de base, mais après avoir utilisé la charge électrique, l'ampoule s'éteint. En figue. La figure 9 montre les dépendances temporelles de : la tension de charge du condensateur ; courant de charge circulant dans le circuit.
Assemblez le circuit selon la Fig. 10, mais n'installez pas encore la résistance R1 et le transistor T1 dans le circuit. La clé B doit être connectée au circuit aux points A et E afin que le point de connexion des résistances R3, R1 puisse être connecté à un fil commun (bus négatif du circuit imprimé).
Riz. 10. Le transistor du circuit fonctionne comme un interrupteur.
Connectez la batterie, le voyant du circuit collecteur T2 s'allumera. Fermez maintenant le circuit avec l'interrupteur B. La lumière s'éteindra, puisque l'interrupteur connecte le point A au bus négatif, réduisant ainsi le potentiel du point A, et donc le potentiel de la base T2. Si l'interrupteur est remis dans sa position d'origine, la lumière s'allumera. Débranchez maintenant la batterie et connectez T1, ne connectez pas la résistance R1. Connectez la batterie, le voyant se rallumera. Comme dans le premier cas, le transistor T1 est ouvert et un courant électrique le traverse. Placez maintenant la résistance R1 (470 kOhm) aux points C et D. La lumière s'éteindra. Retirez la résistance et le voyant se rallumera.
Lorsque la tension au collecteur T1 tombe à zéro (lors de l'installation d'une résistance de 470 kOhm), le transistor s'ouvre. La base du transistor T2 est connectée via T1 au bus négatif et T2 se ferme. La lumière s'éteint. Ainsi, le transistor T1 fait office d'interrupteur.
Dans des expériences précédentes, le transistor était utilisé comme amplificateur, il est maintenant utilisé comme interrupteur.
Les possibilités d'utilisation d'un transistor comme clé (interrupteur) sont données dans les expériences 6, 7.
Une particularité de ce circuit est que le transistor T1, utilisé comme clé, est contrôlé par la photorésistance R2.
La photorésistance incluse dans ce kit fait passer sa résistance de 2 kOhms sous un éclairage fort à plusieurs centaines de kOhms dans l'obscurité.
Assemblez le circuit selon la Fig. 11. En fonction de l'éclairage de la pièce où vous réalisez l'expérience, sélectionnez la résistance R1 pour que l'ampoule brûle normalement sans atténuer la photorésistance.
Riz. 11. Circuit d'alarme basé sur une photorésistance.
L'état du transistor T1 est déterminé par un diviseur de tension constitué de la résistance R1 et de la photorésistance R2.
Si la photorésistance est éclairée, sa résistance est faible, le transistor T1 est fermé et il n'y a pas de courant dans son circuit collecteur. L'état du transistor T2 est déterminé en appliquant un potentiel positif à la base de T2 par les résistances R3 et R4. Par conséquent, le transistor T2 s'ouvre, le courant du collecteur circule et l'ampoule s'allume.
Lorsque la photorésistance est obscurcie, sa résistance augmente fortement et atteint une valeur lorsque le diviseur fournit à la base de T1 une tension suffisante pour l'ouvrir. La tension au collecteur T1 chute presque jusqu'à zéro, à travers la résistance R4, elle bloque le transistor T2 et la lumière s'éteint.
En pratique, dans de tels circuits, d'autres actionneurs (sonnerie, relais, etc.) peuvent être installés dans le circuit collecteur du transistor T2.
Dans ce circuit et les suivants, une photorésistance du type SF2-9 ou similaire peut être utilisée.
Contrairement à l'expérience 6, dans cette expérience, lorsque la photorésistance R1 est atténuée, l'ampoule s'allume (Fig. 12).
Riz. 12. Circuit qui allume automatiquement la lumière.
Lorsque la lumière frappe la photorésistance, sa résistance diminue fortement, ce qui conduit à l'ouverture du transistor T1, et par conséquent à la fermeture de T2. La lumière n'est pas allumée.
Dans l'obscurité, la lumière s'allume automatiquement.
Cette propriété peut être utilisée pour allumer et éteindre les lampes en fonction du niveau de lumière.
Une caractéristique distinctive de ce schéma est sa haute sensibilité. Dans cette expérience et dans un certain nombre d'expériences ultérieures, une connexion combinée de transistors (transistor composite) est utilisée (Fig. 13).
Riz. 13. Dispositif de signalisation optoélectronique.
Le principe de fonctionnement de ce système n'est pas différent du système. A une certaine valeur de la résistance des résistances R1 + R2 et de la résistance de la photorésistance R3, le courant circule dans le circuit de base du transistor T1. Un courant circule également dans le circuit collecteur T1, mais 3 fois supérieur au courant de base T1. Supposons que (β = 100. Tout courant circulant dans l'émetteur T1 doit passer par la jonction émetteur-base T2. Alors le Le courant du collecteur T2 est β fois supérieur au courant du collecteur de T1, le courant du collecteur de T1 est β fois le courant de base de T1, le courant du collecteur de T2 est environ 10 000 fois le courant de base de T1. Ainsi, le transistor composite peut être considéré comme un transistor unique avec un gain très élevé et une sensibilité élevée.La deuxième caractéristique d'un transistor composite est que le transistor T2 doit être assez puissant, tandis que le transistor T1 qui le commande peut être de faible puissance, puisque le courant qui le traverse est de 100 fois inférieur au courant traversant T2.
Les performances du circuit illustré à la Fig. 13, est déterminé par l'éclairage de la pièce où l'expérience est réalisée, il est donc important de sélectionner la résistance R1 du diviseur supérieur du bras afin que dans une pièce éclairée l'ampoule ne brûle pas, mais brûle lorsque la photorésistance est atténuée à la main, la pièce est obscurcie avec des rideaux, ou lorsque la lumière est éteinte si l'expérience est réalisée le soir.
Dans ce circuit (Fig. 14), un transistor composé à haute sensibilité est également utilisé pour déterminer la teneur en humidité du matériau. La polarisation de base de T1 est assurée par la résistance R1 et deux conducteurs aux extrémités nues.
Vérifiez le circuit électrique en pressant légèrement les extrémités dénudées de deux conducteurs avec les doigts des deux mains, sans les relier entre eux. La résistance des doigts suffit à déclencher le circuit, et l'ampoule s'allume.
Riz. 14. Circuit du capteur d'humidité. Les extrémités nues des conducteurs pénètrent dans le papier buvard.
Passez maintenant les extrémités nues dans du papier buvard à une distance d'environ 1,5 à 2 cm, fixez les autres extrémités au schéma selon la Fig. 14. Ensuite, humidifiez le papier buvard entre les fils avec de l'eau. Le voyant s'allume (Dans ce cas, la diminution de la résistance est due à la dissolution des sels du papier avec de l'eau.).
Si le papier buvard est trempé dans une solution saline, puis séché et que l'expérience est répétée, l'efficacité de l'expérience augmente et les extrémités des conducteurs peuvent être séparées sur une plus grande distance.
Ce circuit est similaire au précédent, la seule différence est que la lampe s'allume lorsque la photorésistance est éclairée et s'éteint lorsqu'elle est obscurcie (Fig. 15).
Riz. 15. Dispositif de signalisation sur une photorésistance.
Le circuit fonctionne comme suit : avec un éclairage normal de la photorésistance R1, l'ampoule s'allumera, puisque la résistance de R1 est faible, le transistor T1 est ouvert. Lorsque la lumière est éteinte, la lumière s'éteint. La lumière d’une lampe de poche ou d’allumettes allumées fera rallumer l’ampoule. La sensibilité du circuit est ajustée en augmentant ou en diminuant la résistance de la résistance R2.
Cette expérience doit être réalisée dans une pièce semi-obscure. Pendant tout le temps que la lumière tombe sur la photorésistance, le voyant L2 est allumé. Si vous placez un morceau de carton entre la source lumineuse (ampoule L1 et photorésistance, l'ampoule L2 s'éteint. Si vous retirez le carton, l'ampoule L2 se rallume (Fig. 16).
Riz. 16. Compteur de produits.
Pour que l'expérience réussisse, vous devez ajuster le circuit, c'est-à-dire sélectionner la résistance de la résistance R3 (la plus appropriée dans ce cas est de 470 Ohms).
Ce schéma peut pratiquement être utilisé pour compter un lot de produits sur un tapis roulant. Si la source lumineuse et la photorésistance sont placées de telle manière qu'un lot de produits passe entre elles, le circuit s'allume et s'éteint car le flux lumineux est interrompu par le passage des produits. Au lieu du voyant L2, un compteur spécial est utilisé.
Riz. 23. Diviseur de fréquence à transistor.
Les transistors T1 et T2 s'ouvrent alternativement. Le signal de commande est envoyé à la bascule. Lorsque le transistor T2 est ouvert, l'ampoule L1 ne s'allume pas. La lampe L2 s'allume lorsque le transistor T3 est ouvert. Mais les transistors T3 et T4 s'ouvrent et se ferment alternativement, donc la lampe L2 s'allume avec un signal de commande sur deux envoyé par le multivibrateur. Ainsi, la fréquence de combustion de l’ampoule L2 est 2 fois inférieure à la fréquence de combustion de l’ampoule L1.
Cette propriété peut être utilisée dans un orgue électrique : les fréquences de toutes les notes de l'octave supérieure de l'orgue sont divisées en deux et un ton est créé une octave inférieure. Le processus peut être répété.
Dans cette expérience, un transistor est utilisé comme interrupteur et une ampoule est l'indicateur de sortie (Figure 24).
Ce circuit est logique. La lumière s'allumera s'il y a un potentiel élevé à la base du transistor (point C).
Disons que les points A et B ne sont pas connectés au bus négatif, ils ont un potentiel haut, donc au point C il y a aussi un potentiel haut, le transistor est ouvert, l'ampoule est allumée.
Riz. 24. Élément logique 2I sur un transistor.
Supposons conditionnellement : potentiel élevé - « 1 » logique - la lumière est allumée ; potentiel faible - « 0 » logique - la lumière ne s'allume pas.
Ainsi, s’il y a un « 1 » logique aux points A et B, il y aura aussi un « 1 » au point C.
Connectez maintenant le point A au bus négatif. Son potentiel va devenir faible (tomber à « 0 » V). Le point B a un fort potentiel. Le courant circulera dans le circuit R3 - D1 - batterie. Par conséquent, au point C, il y aura un potentiel faible ou « 0 ». Le transistor est fermé, la lumière ne s'allume pas.
Connectons à la masse le point B. Le courant circule désormais dans le circuit R3 - D2 - batterie. Le potentiel au point C est faible, le transistor est fermé, l'ampoule ne s'allume pas.
Si les deux points sont connectés à la terre, le point C aura également un faible potentiel.
Des circuits similaires peuvent être utilisés dans un examinateur électronique et d'autres circuits logiques, où le signal de sortie ne sera généré que s'il y a des signaux simultanés dans deux canaux d'entrée ou plus.
Les états possibles du circuit sont indiqués dans le tableau.
Table de vérité du circuit ET
Ce schéma est à l’opposé du précédent. Pour qu'il y ait « 0 » au point C, il faut qu'il y ait également « 0 » aux points A et B, c'est-à-dire que les points A et B doivent être connectés à un bus négatif. Dans ce cas, le transistor se fermera et la lumière s'éteindra (Fig. 25).
Si maintenant un seul des points, A ou B, est connecté au bus négatif, alors au point C il y aura toujours un niveau haut, c'est-à-dire « 1 », le transistor est ouvert, la lumière est allumée.
Riz. 25. Élément logique 2OR sur un transistor.
Lorsque le point B est connecté au bus négatif, le courant traversera R2, D1 et R3. Aucun courant ne circulera dans la diode D2, puisqu'elle est allumée dans le sens opposé pour la conductivité. Au point C il y aura environ 9 V. Le transistor est ouvert, l'ampoule est allumée.
Maintenant, nous connectons le point A au bus négatif. Le courant passera par R1, D2, R3. La tension au point C sera d'environ 9 V, le transistor est ouvert, l'ampoule est allumée.
Table de vérité du circuit OU
Cette expérience démontre le fonctionnement d'un transistor comme inverseur - un dispositif capable de changer la polarité du signal de sortie par rapport au signal d'entrée vers la polarité opposée. Dans les expériences, le transistor ne faisait pas partie des circuits logiques de fonctionnement ; il servait uniquement à allumer l'ampoule. Si le point A est connecté au bus négatif, alors son potentiel chutera à « 0 », le transistor se fermera, la lumière s'éteindra et au point B il y aura un potentiel élevé. Cela signifie un « 1 » logique (Fig. 26).
Riz. 26. Le transistor fonctionne comme un inverseur.
Si le point A n'est pas connecté au bus négatif, c'est à dire qu'au point A il y a « 1 », alors le transistor est ouvert, l'ampoule est allumée, la tension au point B est proche de « 0 » ou c'est un « logique » 0".
Dans cette expérience, un transistor fait partie intégrante d'un circuit logique et peut être utilisé pour convertir un circuit OU en circuit NOR et un circuit ET en circuit NAND.
Table de vérité du circuit NON
Cette expérience combine deux expériences : circuit 18 - ET et circuit 20 - NON (Fig. 27).
Ce circuit fonctionne de manière similaire au circuit formant un « 1 » ou un « 0 » sur la base d'un transistor.
Riz. 27. Élément logique 2I-NOT sur un transistor.
Le transistor est utilisé comme inverseur. Si un « 1 » apparaît à la base du transistor, alors le point de sortie est « 0 » et vice versa.
Si l’on compare les potentiels du point D avec les potentiels du point C, il est clair qu’ils sont inversés.
Table de vérité du circuit NAND
Cette expérience combine deux expériences : - circuit OU et - circuit NON (Fig. 28).
Riz. 28. Élément logique 2OR-NOT sur un transistor.
Le circuit fonctionne exactement de la même manière que dans l'expérience 20 (un « 0 » ou un « 1 » est généré à la base du transistor). La seule différence est que le transistor est utilisé comme inverseur : si « 1 » est à l'entrée du transistor, alors « 0 » est à sa sortie et vice versa.
Table de vérité du circuit NOR
Ce circuit est constitué de deux circuits logiques NON dont les collecteurs de transistors sont connectés au point C (Fig. 29).
Si les deux points A et B sont connectés à un bus négatif, alors leurs potentiels deviendront égaux à « 0 ». Les transistors se fermeront, au point C il y aura un potentiel élevé, l'ampoule ne s'allumera pas.
Riz. 29. Élément logique 2I-NOT.
Si seul le point A est connecté au bus négatif, au point B il y a un "1" logique, T1 est fermé et T2 est ouvert, le courant du collecteur circule, la lumière est allumée, au point C il y a un "0" logique ».
Si le point B est connecté au bus négatif, alors la sortie sera également « 0 », la lumière sera allumée, dans ce cas T1 est ouvert, T2 est fermé.
Et enfin, si les points A et B sont à "1" logique (non connectés au bus négatif), les deux transistors sont ouverts. Leurs collecteurs sont à « 0 », le courant circule dans les deux transistors, l'ampoule est allumée.
Table de vérité du circuit NAND
Dans le circuit expérimental, les deux transistors sont utilisés comme amplificateur de signal audio (Fig. 30).
Riz. 30. Capteur téléphonique inductif.
Les signaux sont captés et appliqués à la base du transistor T1 à l'aide d'une bobine inductive L, puis ils sont amplifiés et envoyés au téléphone. Lorsque vous avez fini d'assembler le circuit sur la carte, placez une tige de ferrite près du téléphone perpendiculairement aux fils entrants. Le discours sera entendu.
Dans ce schéma et à l'avenir, une tige de ferrite d'un diamètre de 8 mm et d'une longueur de 100 à 160 mm, grade 600NN, est utilisée comme bobine inductive L. L'enroulement contient environ 110 tours de fil de cuivre isolé d'un diamètre de 0,15 à 0,3 mm, de type PEL ou PEV.
Si un téléphone supplémentaire est disponible (Fig. 31), il peut être utilisé à la place de l'inducteur dans l'expérience précédente. En conséquence, nous aurons un amplificateur de microphone sensible.
Riz. 31. Amplificateur de microphone.
Dans le circuit assemblé, vous pouvez obtenir quelque chose comme un dispositif de communication bidirectionnel. Le téléphone 1 peut être utilisé comme périphérique de réception (connexion au point A) et le téléphone 2 peut être utilisé comme périphérique de sortie (connexion au point B). Dans ce cas, les secondes extrémités des deux téléphones doivent être connectées au bus négatif.
À l'aide d'un amplificateur gramophone (Fig. 32), vous pouvez écouter des enregistrements sans perturber la tranquillité des autres.
Le circuit se compose de deux étages d'amplification audio. Le signal d'entrée est le signal provenant du micro.
Riz. 32. Amplificateur pour lecteur.
Dans le schéma, la lettre A désigne le capteur. Ce capteur et le condensateur C2 constituent un diviseur de tension capacitif permettant de réduire le volume initial. Le condensateur ajustable C3 et le condensateur C4 sont des diviseurs de tension secondaires. En utilisant C3, vous pouvez régler le volume.
Ici, le circuit multivibrateur est conçu pour produire de la musique électronique. Le schéma est similaire. La principale différence est que la résistance de polarisation de base du transistor T1 est variable. Une résistance de 22 kΩ (R2) en série avec la résistance variable fournit la résistance de polarisation de base minimale pour T1 (Figure 33).
Riz. 33. Multivibrateur pour créer de la musique.
Dans ce circuit, le multivibrateur est conçu pour générer des impulsions avec une fréquence tonale. Le voyant s'allume lorsque le circuit est sous tension (Fig. 34).
Le téléphone de ce circuit est connecté au circuit entre le collecteur du transistor T2 via le condensateur C4 et le bus négatif de la carte.
Riz. 34. Générateur pour apprendre le code Morse.
Utilisez ce tableau pour vous entraîner à apprendre le code Morse.
Si vous n'êtes pas satisfait du son, échangez les condensateurs C2 et C1.
Un métronome est un appareil permettant de définir le rythme (tempo), par exemple dans la musique. À ces fins, on utilisait auparavant un métronome à pendule, qui fournissait une indication à la fois visuelle et sonore du tempo.
Dans ce circuit, les fonctions indiquées sont assurées par un multivibrateur. La fréquence du tempo est d'environ 0,5 s (Fig. 35).
Riz. 35. Métronome.
Grâce au téléphone et au voyant lumineux, il est possible d'entendre et de ressentir visuellement le rythme donné.
Ce circuit (Fig. 36) démontre l'utilisation d'un dispositif ponctuel dont le fonctionnement est décrit dans l'expérience 14. Dans l'état initial, le transistor T1 est ouvert et T2 est fermé. Le téléphone est utilisé ici comme microphone. Un sifflement dans le microphone (vous pouvez simplement souffler) ou un léger tapotement excite un courant alternatif dans le circuit du microphone. Des signaux négatifs arrivant à la base du transistor T1 le ferment, et donc ouvrent le transistor T2, un courant apparaît dans le circuit collecteur T2, et l'ampoule s'allume. A ce moment, le condensateur C1 est chargé via la résistance R1. La tension du condensateur chargé C2 est suffisante pour ouvrir le transistor T1, c'est-à-dire que le circuit revient spontanément à son état d'origine et que la lumière s'éteint. La lampe brûle pendant environ 4 secondes. Si les condensateurs C2 et C1 sont intervertis, la durée de combustion de l'ampoule passera à 30 s. Si la résistance R4 (1 kOhm) est remplacée par 470 kOhm, le temps passera de 4 à 12 s.
Riz. 36. Dispositif de signalisation acoustique.
Cette expérience peut être présentée comme un tour de magie réalisable entre amis. Pour ce faire, vous devez retirer l'un des microphones du téléphone et le placer sous la carte près de l'ampoule afin que le trou de la carte coïncide avec le centre du microphone. Maintenant, si vous soufflez sur un trou dans la planche, vous aurez l'impression de souffler sur une ampoule et donc elle s'allumera.
Ce circuit (Fig. 37) est similaire dans son principe au précédent, à la seule différence que lors de la commutation, le circuit ne revient pas automatiquement à son état d'origine, mais s'effectue à l'aide de l'interrupteur B.
Riz. 37. Avertisseur sonore à réarmement manuel.
L'état de préparation ou l'état initial du circuit sera lorsque le transistor T1 est ouvert, T2 est fermé et la lampe n'est pas allumée.
Un léger sifflement dans le microphone donne un signal qui désactive le transistor T1, tout en ouvrant le transistor T2. Le voyant s'allume. Il brûlera jusqu'à ce que le transistor T2 se ferme. Pour cela, il faut court-circuiter la base du transistor T2 au bus négatif (« masse ») à l'aide de la touche B. D'autres actionneurs, comme des relais, peuvent être connectés à des circuits similaires.
Un radioamateur débutant devrait commencer à concevoir des récepteurs radio avec les conceptions les plus simples, par exemple avec un récepteur détecteur, dont le schéma est illustré à la Fig. 38.
Le récepteur détecteur fonctionne de la manière suivante : les ondes électromagnétiques envoyées dans l'air par les stations radio, traversant l'antenne du récepteur, y induisent une tension d'une fréquence correspondant à la fréquence du signal de la station radio. La tension induite entre dans le circuit d'entrée L, C1. Autrement dit, ce circuit est dit résonant, puisqu'il est pré-réglé sur la fréquence de la station radio souhaitée. Dans le circuit résonnant, le signal d'entrée est amplifié des dizaines de fois puis va au détecteur.
Riz. 38. Récepteur du détecteur.
Le détecteur est monté sur une diode semi-conductrice qui sert à redresser le signal modulé. La composante basse fréquence (son) passera par les écouteurs et vous entendrez de la parole ou de la musique, en fonction de la transmission de cette station de radio. La composante haute fréquence du signal détecté, contournant le casque, passera par le condensateur C2 jusqu'à la masse. La capacité du condensateur C2 détermine le degré de filtrage de la composante haute fréquence du signal détecté. Généralement, la capacité du condensateur C2 est choisie de telle sorte que pour les fréquences audio, elle représente une résistance élevée et que pour le composant haute fréquence, sa résistance soit faible.
Comme condensateur C1, vous pouvez utiliser n'importe quel condensateur de petite taille à capacité variable avec une plage de mesure de 10...200 pF. Dans ce concepteur, un condensateur d'accord en céramique de type KPK-2 d'une capacité de 25 à 150 pF est utilisé pour ajuster le circuit.
L'inducteur L a les paramètres suivants : nombre de tours - 110 ± 10, diamètre du fil - 0,15 mm, type - PEV-2, diamètre du cadre du matériau isolant - 8,5 mm.
Un récepteur correctement assemblé commence à fonctionner immédiatement lorsqu'une antenne externe y est connectée, qui est un morceau de fil de cuivre d'un diamètre de 0,35 mm, long de 15 à 20 m, suspendu à des isolateurs à une certaine hauteur au-dessus du sol. Plus l’antenne est haute au-dessus du sol, meilleure sera la réception des signaux radio.
Le volume de réception augmente si la mise à la terre est connectée au récepteur. Le fil de terre doit être court et avoir une faible résistance. Son extrémité est reliée à un tuyau en cuivre enfoncé profondément dans le sol.
Ce circuit (Fig. 39) est similaire au circuit précédent du récepteur du détecteur à la seule différence qu'on y ajoute un simple amplificateur basse fréquence, monté sur le transistor T. L'amplificateur basse fréquence sert à augmenter la puissance du signaux détectés par la diode. Le circuit de réglage du circuit oscillatoire est connecté à la diode via le condensateur C2 (0,1 μF) et la résistance R1 (100 kOhm) fournit à la diode une polarisation constante.
Riz. 39. Récepteur détecteur avec ULF à un étage.
Pour le fonctionnement normal du transistor, on utilise une alimentation de 9 V. La résistance R2 est nécessaire pour fournir une tension à la base du transistor afin de créer le mode de fonctionnement requis.
Pour ce circuit, comme dans l’expérience précédente, une antenne externe et une masse sont nécessaires.
EXPÉRIENCE 34
RÉCEPTEUR À TRANSISTOR SIMPLE
Le récepteur (Fig. 40) diffère du précédent en ce qu'au lieu de la diode D, un transistor est installé, qui fonctionne simultanément à la fois comme détecteur d'oscillations haute fréquence et comme amplificateur basse fréquence.
Riz. 40. Récepteur à transistor unique.
La détection d'un signal haute fréquence dans ce récepteur est effectuée dans la section base-émetteur, un tel récepteur ne nécessite donc pas de détecteur spécial (diode). Le transistor avec le circuit oscillatoire est connecté, comme dans le circuit précédent, à travers un condensateur d'une capacité de 0,1 μF et est découplé. Le condensateur C3 sert à filtrer la composante haute fréquence du signal, qui est également amplifiée par le transistor.
Ce récepteur (Fig. 41) utilise la régénération pour améliorer la sensibilité et la sélectivité du circuit. Ce rôle est assuré par la bobine L2. Le transistor de ce circuit est connecté légèrement différemment du précédent. La tension du signal du circuit d'entrée est fournie à la base du transistor. Le transistor détecte et amplifie le signal. La composante haute fréquence du signal n'entre pas immédiatement dans le condensateur de filtrage C3, mais traverse d'abord l'enroulement de rétroaction L2, qui est situé sur le même noyau que la bobine de boucle L1. Du fait que les bobines sont placées sur le même noyau, il existe un couplage inductif entre elles et une partie de la tension amplifiée du signal haute fréquence provenant du circuit collecteur du transistor entre à nouveau dans le circuit d'entrée du récepteur. Lorsque les extrémités de la bobine de couplage L2 sont correctement connectées, la tension de rétroaction fournie au circuit L1 en raison du couplage inductif coïncide en phase avec le signal provenant de l'antenne et une augmentation du signal se produit. Cela augmente la sensibilité du récepteur. Cependant, avec un couplage inductif important, un tel récepteur peut se transformer en un générateur d'oscillations continues et un sifflement aigu peut être entendu dans les téléphones. Pour éliminer les excitations excessives, il est nécessaire de réduire le degré de couplage entre les bobines L1 et L2. Ceci est obtenu soit en éloignant les bobines les unes des autres, soit en réduisant le nombre de tours de la bobine L2.
Riz. 41. Récepteur régénératif.
Il peut arriver que le feedback ne produise pas l'effet souhaité et que la réception de stations qui étaient auparavant clairement audibles s'arrête complètement lorsque le feedback est introduit. Cela suggère qu'au lieu d'une rétroaction positive, une rétroaction négative s'est formée et que les extrémités de la bobine L2 doivent être interverties.
À de courtes distances de la station radio, le récepteur décrit fonctionne bien sans antenne externe, en utilisant une seule antenne magnétique.
Si l'audibilité de la station de radio est faible, vous devez quand même connecter une antenne externe au récepteur.
Un récepteur avec une antenne en ferrite doit être installé afin que les ondes électromagnétiques provenant de la station radio créent le signal le plus important dans la bobine du circuit oscillant. Ainsi, lorsque vous écoutez le signal d'une station de radio à l'aide d'un condensateur variable, si l'audibilité est mauvaise, activez le circuit pour recevoir les signaux de vos téléphones au volume dont vous avez besoin.
Ce circuit (Fig. 42) diffère du précédent en ce qu'il utilise un amplificateur basse fréquence monté sur des transistors T2.
Grâce à un récepteur régénératif à deux transistors, vous pouvez recevoir un grand nombre de stations de radio.
Riz. 42. Récepteur régénératif avec amplificateur basse fréquence.
Bien que ce kit (set n°2) ne comporte qu'une bobine pour ondes longues, le circuit peut fonctionner aussi bien sur ondes moyennes que courtes, en utilisant les bobines de réglage appropriées. Vous pouvez les fabriquer vous-même.
La conception de cette expérience est similaire à celle de l’expérience 36 sans l’antenne ni la masse.
Connectez-vous à une station de radio puissante. Prenez la planche dans vos mains (elle doit être horizontale) et faites-la pivoter jusqu'à ce que le son (signal) disparaisse ou au moins diminue au minimum. Dans cette position, l'axe de la ferrite pointe précisément vers l'émetteur. Si vous faites maintenant pivoter la planche de 90°, les signaux seront clairement audibles. Mais l'emplacement de la station de radio peut être déterminé plus précisément à l'aide d'une méthode graphique-mathématique, en utilisant une boussole pour déterminer l'angle en azimut.
Pour ce faire, vous devez connaître la direction de l'émetteur à partir de différentes positions - A et B (Fig. 43, a).
Disons que nous sommes au point A, nous avons déterminé la direction de l'émetteur, elle fait 60°. Passons maintenant au point B, en mesurant la distance AB. Déterminons la deuxième direction de l'emplacement de l'émetteur, elle est 30°. L'intersection des deux directions correspond à l'emplacement de la station émettrice.
Riz. 43. Schéma de radiogoniométrie de la station radio.
Si vous disposez d'une carte indiquant l'emplacement des stations de diffusion, il est alors possible de déterminer avec précision votre emplacement.
Syntonisez la station A, laissez-la être à un angle de 45°, puis syntonisez la station B ; son azimut, disons, est de 90°. En tenant compte de ces angles, tracez sur la carte des lignes passant par les points A et B, leur intersection donnera votre localisation (Fig. 43, b).
De la même manière, les navires et les avions s'orientent lorsqu'ils se déplacent.
Pour que les circuits fonctionnent de manière fiable pendant les expériences, il est nécessaire de s'assurer que la batterie est chargée, que toutes les connexions sont propres et que tous les écrous sont bien vissés. Les câbles de la batterie doivent être connectés correctement ; Lors de la connexion, il est nécessaire de respecter strictement la polarité des condensateurs électrolytiques et des diodes.
Les diodes peuvent être testées à ; transistors - entrée ; condensateurs électrolytiques (10 et 100 µF) - po. Vous pouvez également vérifier le casque en le connectant à la batterie - un « crépitement » se fera entendre dans l'écouteur.
Il fournit un circuit ouvert (circuit ouvert) lorsqu'il est à l'état éteint et fournit un circuit fermé lorsqu'il est à l'état passant. Il s’agit d’une fonction très importante sans laquelle le fonctionnement de nombreux appareils serait tout simplement impensable.
En d’autres termes, on peut dire qu’un interrupteur fournit une résistance infinie ou une résistance totale pendant son état éteint, et qu’il fournit une résistance nulle ou une résistance totale pendant son état activé.
Il s'ensuit que l'interrupteur peut être appelé une sorte de résistance marche/arrêt contrôlée, qui fournit une résistance à la fois nulle et infinie au circuit sans aucune valeur moyenne. Oui, peut-être qu’un tel nom ne semble pas le plus précis à certains, mais il exprime plus ou moins l’essence de l’activité du commutateur sous une forme concise.
D'autre part, un transistor peut être considéré comme une résistance contrôlée, car la résistance entre l'émetteur et le collecteur est contrôlée par le courant dans la jonction base-émetteur. Du fait que le courant à la base de l'émetteur est contrôlé, la résistance au niveau de l'émetteur-collecteur peut être réglée à l'infini, mais de cette façon il ne sera pas possible de rendre la résistance égale à zéro (le résultat ne sera pas être idéal). Cependant, malgré le fait que la valeur idéale ne fonctionne pas, cela n'empêche pas le transistor d'être très populaire comme interrupteur.
Le transistor fournit une résistance assez importante au circuit, mais elle n’est pas parfaitement infinie. Le transistor fournit également très peu de résistance, mais elle n’est pas non plus parfaitement nulle.
Il y a 3 domaines dans les caractéristiques du transistor :
— zone d'arrêt ;
— région linéaire ;
— région de saturation.
Dans la région linéaire, pour que la tension collecteur-émetteur (VCE) ait une large plage, le courant du collecteur (IC) est maintenu constant. En raison du fait que la tension a une large plage et que le courant du collecteur est presque constant, il y aura une très grande perte d'énergie si le transistor fonctionne dans cette région.
Mais en pratique, dans un interrupteur, lorsqu'il est éteint, la tension qui le traverse sera égale à la tension en circuit ouvert, mais le courant est nul, ce qui signifie qu'il n'y a pas de perte d'énergie. De même, lorsqu'un interrupteur est allumé, le courant traversant l'interrupteur est aussi fort que le courant dans le circuit fermé, mais la tension traversant l'interrupteur est nulle, ce qui signifie qu'il n'y a pas non plus de perte d'énergie.
Si vous souhaitez qu'un transistor agisse comme un interrupteur, vous devez le faire fonctionner de telle manière que les pertes d'énergie pendant les états passant et bloqué soient proches de zéro, voire très faibles. Le seul cas où cela est possible est lorsque le transistor fonctionne uniquement dans la plage limite de caractéristiques. Il existe deux régions extrêmes dans les caractéristiques d’un transistor. Il s'agit de la région de désactivation et de la région de saturation.
Dans une figure où le courant base-émetteur ou simplement le courant de base est nul, le courant du collecteur (IC) aura une très petite valeur constante sur une large plage de tension collecteur-émetteur (VCE). Ainsi, si un transistor fonctionne avec un courant de base nul ou inférieur à zéro, alors le courant traversant le collecteur jusqu'à l'émetteur (IC) est très faible.
Par conséquent, le transistor est à l'état bloqué, mais en même temps, il y a une perte d'énergie à travers le transistor (commutateur), c'est-à-dire IC x VCE n’est pas significatif car IC est très petit. Cela implique que le transistor fonctionne comme un interrupteur en circuit ouvert ou comme un interrupteur d'arrêt.
Supposons maintenant que le transistor soit connecté en série avec une charge de résistance RL. En condition normale, la tension traversant la charge est VL. Le courant traversant la charge est donc :
Si le transistor fonctionne avec un courant de base de I1 pour lequel le courant de collecteur de C1 est supérieur à IL, alors le transistor fonctionne dans la région de saturation. Ici, pour tout courant (C1) traversant le collecteur du transistor jusqu'à son émetteur (IC), il y aura une très petite tension au niveau du collecteur-émetteur (VCE).
Il s'ensuit que dans cette situation, le courant traversant le transistor est aussi fort que le courant aux bornes de la charge, mais la tension traversant le transistor (VCE) est assez faible, ce qui signifie que la perte d'énergie dans le transistor est à nouveau négligeable.
Le transistor se comporte un peu comme un interrupteur en circuit fermé ou un interrupteur marche. Ainsi, pour utiliser un transistor comme commutateur, vous devez vous assurer que le courant appliqué à la base-émetteur est suffisamment fort pour maintenir le transistor dans la région de saturation afin de fournir du courant à la charge.
Comme déjà mentionné, la perte d'énergie dans un transistor, qui est un interrupteur, est très faible, mais pas nulle. Il s’ensuit qu’il ne s’agit pas d’un commutateur parfait, mais qu’il est acceptable pour des applications spécifiques. Désormais, pour réguler l'énergie continue à l'entrée de la charge, il est nécessaire d'utiliser un transistor de commutation de telle sorte qu'il active et désactive périodiquement le circuit, fournissant ainsi l'énergie souhaitée à la sortie.
Pour ce faire, vous aurez besoin d'une forme d'onde de courant spécifique à la base, grâce à laquelle le transistor entre périodiquement dans sa région de blocage et sa région de saturation pour fournir du courant à la charge. La forme d'onde de courant périodique typique sur la base est généralement obtenue par un générateur d'impulsions basé sur un microprocesseur.
Lors de la sélection d'un transistor à utiliser comme interrupteur, il faut faire attention à la valeur nominale du transistor. Le fait est que pendant l'état passant, tout le courant dans la charge traversera le transistor. Si ce courant est supérieur à la valeur sûre de la capacité de transport de courant collecteur-émetteur du transistor, le transistor peut alors tomber en panne de façon permanente en raison d'une surchauffe.
Une fois de plus à l'état bloqué, toute la tension aux bornes du circuit ouvert, la charge, apparaîtra dans le transistor. Le transistor doit être capable de résister à cette tension, sinon la jonction collecteur-émetteur sera cassée et le transistor deviendra passant au lieu d'être bloqué.
Un détail supplémentaire doit être pris en compte lors de l'utilisation d'un transistor comme interrupteur. Dissipateur thermique de taille appropriée et conception, toujours nécessaire pour un transistor. Chaque transistor a besoin d'un certain temps pour passer de l'état bloqué à l'état passant et vice versa.
Même si ce temps est très court et peut être inférieur à quelques microsecondes, il n'est toujours pas nul. Pendant la période pendant laquelle l'interrupteur est à l'état passant, le courant (IC) augmentera tandis que la tension aux bornes du collecteur-émetteur (VCE) tombera à zéro.
À mesure que le courant augmente de zéro (idéalement) à son maximum et que la tension chute de sa valeur maximale à zéro (idéalement), il y aura un moment où les deux seront à leurs valeurs maximales. La perte d’énergie maximale se produit à ce stade.
De la même manière, la perte d'énergie maximale se produit dans le transistor lorsqu'il passe de l'état passant de l'état bloqué. Il s'ensuit que la perte d'énergie maximale se produit dans le transistor pendant la période de transition du changement d'état, mais le gaspillage d'énergie reste assez moyen, puisque la période de transition est assez courte.
Pour un fonctionnement à basse fréquence, la chaleur générée peut être moyenne. Mais si la fréquence de fonctionnement est très élevée, il y aura alors une perte d'énergie importante et une génération de chaleur correspondante. Il convient de noter que la génération de chaleur ne se produit pas uniquement pendant l’état de transition. Cela se produit également pendant l'état passant ou bloqué du transistor. Cependant, la quantité de chaleur à un état constant est assez faible et insignifiante.
Utiliser un transistor comme interrupteur peut sembler difficile à certains après ce qui précède, mais ce n'est pas le cas. Il vous suffit de prêter attention à certains points nécessaires et de vous rappeler certaines choses. La partie théorique traitant de ce sujet, bien que non restreinte, est relativement simple.
Écrivez des commentaires, des ajouts à l'article, j'ai peut-être raté quelque chose. Jetez un œil, je serai heureux si vous trouvez autre chose d'utile sur le mien.
Lorsque vous travaillez avec des circuits complexes, il est utile d'utiliser diverses astuces techniques qui vous permettent d'atteindre votre objectif avec peu d'effort. L'un d'eux est la création de commutateurs à transistors. Quels sont-ils? Pourquoi devraient-ils être créés ? Pourquoi est-on aussi appelée « clés électroniques » ? Quelles sont les caractéristiques de ce processus et à quoi devez-vous prêter attention ?
Ils sont effectués à l'aide de champs ou. Les premiers sont divisés en MIS et commutateurs dotés d'une jonction p-n de contrôle. Parmi les bipolaires, on distingue les non/saturés. Un interrupteur à transistor 12 Volts pourra satisfaire les besoins fondamentaux d'un radioamateur.
Il analyse l'état fermé et ouvert de la clé. Dans le premier cas, l'entrée contient un niveau de tension faible, ce qui indique un signal zéro logique. Dans ce mode, les deux transitions se font dans le sens opposé (un cutoff est obtenu). Mais le courant du collecteur ne peut être affecté que par le courant thermique. À l'état ouvert, l'entrée clé a un niveau de tension élevé correspondant au signal logique. Il est possible de travailler selon deux modes simultanément. Une telle opération peut s'effectuer dans la région de saturation ou dans la région linéaire de la caractéristique de sortie. Nous y reviendrons plus en détail.
Dans de tels cas, les jonctions des transistors sont polarisées en direct. Par conséquent, si le courant de base change, la valeur sur le collecteur ne changera pas. Dans les transistors au silicium, environ 0,8 V est nécessaire pour obtenir une polarisation, tandis que pour les transistors au germanium, la tension oscille entre 0,2 et 0,4 V. Comment la saturation des commutateurs est-elle généralement obtenue ? Pour ce faire, le courant de base augmente. Mais tout a ses limites, tout comme l’augmentation de la saturation. Ainsi, lorsqu’une certaine valeur actuelle est atteinte, elle cesse d’augmenter. Pourquoi faut-il saturer la clé ? Il existe un coefficient spécial qui reflète la situation. À mesure qu'elle augmente, la capacité de charge des commutateurs à transistor augmente, les facteurs déstabilisants commencent à influencer avec moins de force, mais les performances se détériorent. Par conséquent, la valeur du coefficient de saturation est choisie à partir de considérations de compromis, en se concentrant sur la tâche à accomplir.
Que se passe-t-il si la valeur optimale n’a pas été atteinte ? Ensuite, les inconvénients suivants apparaîtront :
Comme vous pouvez le constater, il est encore préférable de réaliser cette démarche afin d'obtenir à terme un appareil plus avancé.
A cet effet, des éléments de communication sont utilisés. Ainsi, si le premier interrupteur a un niveau de tension élevé en sortie, le second s'ouvre en entrée et fonctionne dans le mode spécifié. Et vice versa. Un tel circuit de communication affecte de manière significative les processus transitoires qui se produisent lors de la commutation et la vitesse des touches. C'est ainsi que fonctionne un interrupteur à transistor. Les plus courants sont les circuits dans lesquels l'interaction se produit uniquement entre deux transistors. Mais cela ne signifie pas du tout qu'il ne peut pas être transformé en un dispositif dans lequel trois, quatre éléments, voire plus, seront utilisés. Mais dans la pratique, il est difficile de trouver une application à cela, c'est pourquoi le fonctionnement d'un commutateur à transistor de ce type n'est pas utilisé.
Avec quoi de mieux travailler ? Imaginons que nous ayons un simple interrupteur à transistor dont la tension d'alimentation est de 0,5 V. Ensuite, à l'aide d'un oscilloscope, il sera possible d'enregistrer tous les changements. Si le courant du collecteur est réglé sur 0,5 mA, la tension chutera de 40 mV (à la base elle sera d'environ 0,8 V). Selon les normes du problème, nous pouvons dire qu'il s'agit d'un écart assez important, qui impose une limitation à l'utilisation dans toute une gamme de circuits, par exemple dans les interrupteurs. Par conséquent, ils utilisent des circuits spéciaux où il y a un contrôle p-n jonction. Leurs avantages par rapport à leurs homologues bipolaires sont :
Un commutateur à relais à transistors est une application idéale pour les applications sur le terrain. Bien entendu, ce message est publié ici uniquement pour donner aux lecteurs une idée de leur candidature. Avec un peu de connaissances et d'ingéniosité, de nombreuses possibilités de mise en œuvre incluant des commutateurs à transistors seront inventées.
Examinons de plus près le fonctionnement d'un simple commutateur à transistor. Le signal commuté est transmis depuis une entrée et retiré de l'autre sortie. Pour verrouiller la clé, une tension est appliquée à la grille du transistor qui dépasse les valeurs de source et de drain d'une quantité supérieure à 2-3 V. Mais il faut veiller à ne pas dépasser la plage autorisée. Lorsque la clé est fermée, sa résistance est relativement élevée – supérieure à 10 ohms. Cette valeur est obtenue du fait que le courant de polarisation inverse de la jonction p-n influence également. Dans le même état, la capacité entre le circuit de signal commuté et l'électrode de commande fluctue entre 3 et 30 pF. Ouvrons maintenant l'interrupteur à transistor. Le diagramme et la pratique montreront qu'alors la tension de l'électrode de commande s'approchera de zéro et dépendra fortement de la résistance de charge et des caractéristiques de la tension commutée. Ceci est dû à tout un système d'interactions entre la grille, le drain et la source du transistor. Cela crée certains problèmes pour le fonctionnement en mode hacheur.
Pour résoudre ce problème, divers circuits ont été développés pour stabiliser la tension circulant entre le canal et la grille. De plus, en raison de ses propriétés physiques, même une diode peut être utilisée à ce titre. Pour ce faire, il convient d'inclure la tension de blocage dans le sens direct. Si la situation nécessaire est créée, la diode se fermera et la jonction pn s'ouvrira. Pour que lorsque la tension de commutation change, il reste ouvert et que la résistance de son canal ne change pas, une résistance à haute résistance peut être connectée entre la source et l'entrée du commutateur. Et la présence d'un condensateur accélérera considérablement le processus de recharge des conteneurs.
Pour comprendre, voici un exemple de calcul, vous pouvez substituer vos données :
1) Collecteur-émetteur - 45 V. Puissance dissipée totale - 500 mw. Collecteur-émetteur - 0,2 V. Fréquence de coupure - 100 MHz. Base-émetteur - 0,9 V. Courant du collecteur - 100 mA. Coefficient de transfert de courant statistique - 200.
2) Résistance pour courant 60 mA : 5-1,35-0,2 = 3,45.
3) Résistance nominale du collecteur : 3,45\0,06=57,5 Ohm.
4) Par commodité, on prend la valeur nominale de 62 Ohms : 3,45\62=0,0556 mA.
5) On compte le courant de base : 56\200=0,28 mA (0,00028 A).
6) Combien y aura-t-il sur la résistance de base : 5 - 0,9 = 4,1 V.
7) Déterminez la base : 4,1\0,00028 = 14,642,9 Ohms.
Et enfin, à propos du nom « clés électroniques ». Le fait est que l’état change sous l’influence du courant. Comment est-il? C'est vrai, une collection de charges électroniques. C'est de là que vient le deuxième nom. C'est tout. Comme vous pouvez le constater, le principe de fonctionnement et la conception des commutateurs à transistors ne sont pas compliqués, donc comprendre cela est une tâche réalisable. Il convient de noter que même l’auteur de cet article a eu besoin d’utiliser un peu de littérature de référence pour se rafraîchir la mémoire. Par conséquent, si vous avez des questions sur la terminologie, je vous suggère de vous rappeler la disponibilité de dictionnaires techniques et d'y rechercher de nouvelles informations sur les commutateurs à transistors.
L'interrupteur tactile est un circuit très simple composé de seulement deux transistors et de plusieurs éléments radio.
Capteur – capteur – avec Anglais langue- un élément sensible ou réceptif. Ce circuit vous permet d'appliquer une tension à la charge en touchant le capteur avec votre doigt. Dans ce cas, notre capteur sera un fil venant de la base. Alors, regardons le schéma :
La tension de fonctionnement du circuit est de 4 à 5 Volts. Peut-être un peu plus.
Le schéma est très simple. Sur une maquette de mm, cela ressemblera à ceci :
.JPG)
Le fil jaune de la base du transistor KT315, qui est dans l'air, sera notre capteur.
Pour ceux qui ne se souviennent plus où se trouvent l'émetteur, le collecteur et la base, la photo ci-dessous montre le brochage (emplacement des broches) du transistor KT361 (à gauche) et du transistor KT315 (à droite). KT361 et KT315 diffèrent par l'emplacement de la lettre. Pour le KT361, cette lettre est au milieu et pour le KT315, elle est à gauche. Peu importe de quelle lettre il s’agit. Dans ce cas, la lettre « G » signifie que les transistors KT361G et KT315G sont utilisés
Dans mon cas, j'ai utilisé des transistors KT315B (enfin, tout ce qui me tombait sous la main).
Voici une vidéo de ce circuit en action :
Et si vous utilisiez un tel interrupteur tactile pour contrôler une charge puissante ? Par exemple, une lampe à incandescence de 220 Volts ? Nous pouvons simplement utiliser un SSR au lieu d'une LED.
Dans ce circuit, j'ai utilisé un relais statique (SSR), bien qu'un relais électromécanique puisse également être utilisé. Lors de l'utilisation d'un relais électromécanique, n'oubliez pas de placer une diode de protection en parallèle avec la bobine du relais
Mon circuit TTP modifié ressemble à ceci :
.JPG)
Et voici comment cela fonctionne :
Sur Internet, ce circuit utilise trois transistors. Je l'ai un peu simplifié. Le principe de fonctionnement du circuit est très simple. Lorsque vous touchez la sortie de base du transistor VT2 avec votre doigt, un signal sinusoïdal de notre corps est envoyé à la base. D'où est ce que ça vient? Pick-ups sur réseau 220 Volts. Ainsi, ces interférences sont largement suffisantes pour que le transistor VT2 s'ouvre, puis le signal de VT2 va à la base de VT1 et y est encore amplifié. La puissance de ce signal est suffisante pour allumer une LED ou envoyer un signal de commande à un relais. Tout est génial et simple !
"dans le monde de l'électronique moderne... Voici la dernière partie de ce cours.
Les indicateurs, communément appelés LED, sont les véritables héros méconnus du monde de l’électronique. Ils génèrent des chiffres sur des horloges numériques, transmettent des informations à partir d'appareils distants, éclairent les tableaux de bord et informent les utilisateurs que leurs appareils sont allumés. Une fois réunis, ils pourraient former des images sur un écran de télévision géant ou éclairer un feu de circulation.
Les LED sont essentiellement de petites ampoules simples qui se « connectent » facilement à un circuit électrique. Mais contrairement aux lampes à incandescence ordinaires, elles n'ont pas de filament qui peut brûler et elles ne deviennent pas aussi chaudes que les lampes. Ils émettent de la lumière uniquement en raison du mouvement des électrons dans un semi-conducteur. La durée de vie des LED dépasse de plusieurs milliers d’heures celle des lampes à incandescence.
Les LED sont utilisées pour l’éclairage ou l’indication.
Les LED ordinaires sont de bons indicateurs car elles produisent une lumière douce et uniforme qui est facilement visible sous n’importe quel angle. Les LED lumineuses ont une lumière directe et puissante, mais vous ne pourrez pas voir leur lueur sous un angle car la lumière est uniquement dirigée vers l'avant.
Une LED est une diode affectée par le courant plutôt que par la tension. Il est « alimenté » par le courant dans le sens direct (du plus au moins ou de l'anode à la cathode) et commence à émettre de la lumière avec un courant minimum. Une LED rouge typique consomme entre 10 mA et 20 mA. Si vous appliquez une valeur supérieure à la valeur autorisée, la LED s'éteindra simplement.
Étant donné que le fonctionnement de la LED dépend du courant et non de la tension, elle ne peut pas être connectée directement à une batterie ou à une source d'alimentation. Le moyen le plus simple de protéger une LED de la valeur du courant « tueur » est de la connecter via une résistance. La résistance réduira le courant et ramènera sa valeur à un niveau acceptable.
Calculons la valeur de la résistance LED en utilisant la formule suivante :
Valeur de résistance LED, R = (tension d'alimentation - tension LED) / courant LED.
Dans notre exemple :
Prenons une pile de 9 volts (tension d'alimentation = 9 V). La tension pour la LED rouge est de 2 V, le courant est de 20 mA.
Si vous n'avez pas de résistance avec une valeur spécifique, choisissez la résistance standard la plus proche, légèrement supérieure à la valeur calculée. Si vous souhaitez augmenter le temps de préchauffage, vous pouvez choisir une valeur de résistance plus élevée pour réduire le courant. Pour 15 mA, R = (9 - 2,0) / 15 mA = 466 ohms (utilisez la valeur standard la plus élevée = 470 ohms).
Les transistors peuvent être considérés comme un type de commutateur électronique.
(Pour référence : un interrupteur à transistor est beaucoup plus rapide qu'un interrupteur mécanique)
Il existe deux principaux types de transistors : les transistors bipolaires et les transistors MOS (métal-oxyde-semi-conducteur). Les transistors bipolaires, à leur tour, sont divisés en : structures N-P-N et P-N-P. La plupart des circuits utilisent une structure N-P-N. Les transistors se présentent sous différentes formes, mais ils ont tous trois bornes. La base est le leader et est responsable de l'activation du transistor. Collecteur – sortie positive. Émetteur - borne négative. (Pour chaque élément, les broches sont disposées dans un ordre précis.)
Un transistor est un composant électronique miniature pouvant remplir deux fonctions. Il peut s'agir d'un amplificateur ou d'un interrupteur.
Lorsqu'il fonctionne comme un amplificateur, il prend un petit courant (courant d'entrée) et augmente sa valeur (courant de sortie). Autrement dit, il s’agit d’un amplificateur de courant (utilisé dans les appareils auditifs).
De plus, les transistors peuvent servir de commutateurs. Un petit courant électrique circulant à travers un côté du transistor peut activer l’autre côté. C'est ainsi que fonctionnent tous les microcircuits. Par exemple, une puce mémoire contient des centaines de millions, voire des milliards de transistors, chacun pouvant être activé ou désactivé individuellement. Puisque chaque transistor peut être dans deux modes différents, il peut stocker deux nombres différents, zéro et un. Avec des milliards de transistors, la puce peut stocker des milliards de zéros, et presque autant de signes ordinaires.
Modes de fonctionnement
Contrairement aux résistances, qui fonctionnent sur la base d’une relation linéaire entre tension et courant, les transistors sont des dispositifs non linéaires. Ils ont quatre modes de fonctionnement différents.
(Lorsque nous parlons du courant électrique qui traverse un transistor), nous entendons généralement le courant circulant du collecteur vers l'émetteur d'un transistor N-P-N.
Saturation - le transistor agit comme un cavalier. Le courant circule librement du collecteur vers l'émetteur.
Coupure – Le transistor agit comme un disjoncteur. Les courants ne circulent pas du collecteur vers l'émetteur.
Actif - le courant du collecteur à l'émetteur est proportionnel au courant circulant vers la base.
Inverse-actif - comme en actif, le courant est proportionnel au courant de base, mais circule dans la direction opposée.
En mettant le transistor en mode coupure ou saturation, vous pouvez créer un double effet marche-arrêt. Les transistors de commutation sont utilisés pour alimenter les microcontrôleurs, les microprocesseurs et autres circuits intégrés.
Commutateur à transistor (TV)
Regardons le schéma fondamental de la structure N-P-N « TV ». Utilisons-le pour contrôler une LED puissante.
Alors qu'un interrupteur normal "couperait la ligne", le téléviseur est contrôlé par la tension qui va à la base. La broche E/S du microcontrôleur peut être programmée pour laisser passer un courant élevé ou faible, activant ou désactivant ainsi le circuit.
Lorsque la tension de base est supérieure à 0,6 V, le transistor commence à saturer, ce qui s'apparente à un court-circuit entre le collecteur et l'émetteur. Lorsque la tension est inférieure à 0,6 V, le transistor est en mode coupure - aucun courant ne circule, cela ressemble à un circuit ouvert entre le collecteur et l'émetteur.
Cet agencement de câblage est appelé interrupteur « côté bas ». Alternativement, nous pouvons utiliser une structure de transistor PNP pour créer un commutateur « côté haut ».
Résistances de base
Vous remarquerez que chacun des circuits décrits utilise une résistance série entre l'entrée de commande et la base du transistor. N'oubliez pas d'ajouter cette résistance ! Un transistor sans résistance de base est similaire à une LED sans résistance de limitation de courant.
N'oubliez pas que, dans un sens, un transistor n'est qu'une paire de diodes connectées. Certains transistors ne peuvent être évalués que pour un maximum de 10 à 100 mA qui les traverse. Si vous faites passer plus de courant que le courant maximum autorisé, le transistor peut exploser.
| Nom | taper | VCE | IC | W | pi |
| 2N2222 | NPN | 40V | 800mA | 625mW | 300MHz |
| BC548 | NPN | 30V | 100mA | 500mW | 300MHz |
| 2N3904 | NPN | 40V | 200mA | 625mW | 270MHz |
| 2N3906 | PNP | -40V | -200mA | 625mW | 250 MHz |
| BC557 | PNP | -45V | -100mA | 500mW | 150 MHz |
| TIP120 (puissance) | NPN | 60V | 5A | 65W | — |
Transistor MOS
Un MOSFET est un autre type de transistor utilisé pour amplifier ou commuter des signaux électroniques.
Le principal avantage du MOS par rapport aux transistors conventionnels est qu'il nécessite un faible courant d'activation (moins de 1 mA) tout en produisant un courant de charge plus élevé (10 à 50 A ou plus).
Les MOSFET ont une impédance d'entrée de grille extrêmement élevée, le courant circulant dans le canal entre la source et le drain sous le contrôle de la tension de grille. En raison de cette impédance d'entrée élevée, les MOSFET peuvent être facilement endommagés par l'électricité statique.
Les TRANSISTORS MOSFET sont idéaux pour être utilisés comme commutateurs électroniques ou comme amplificateurs à source commune car leur consommation d'énergie est très faible.
Un régulateur de tension génère une tension de sortie fixe d'une valeur prédéfinie, qui reste constante quels que soient les changements de tension d'entrée et de charge. Il existe deux types de stabilisateurs de tension :
La dissipation de puissance d'un régulateur linéaire est directement proportionnelle au courant de sortie pour les tensions d'entrée et de sortie, le rendement typique est donc de 50 % ou moins. En utilisant des composants optimaux, le stabilisateur de tension alternative peut atteindre une efficacité de 90 %. Cependant, la puissance de bruit de sortie d'un régulateur linéaire est bien inférieure à celle d'un régulateur AC ayant les mêmes tensions de sortie et des caractéristiques similaires. En règle générale, une variable peut gérer des charges de courant plus élevées qu'un régulateur linéaire.
Un stabilisateur linéaire n'est rien de plus qu'un diviseur de tension dont l'entrée est alimentée par une tension d'entrée (instable) et la tension de sortie (stabilisée) est retirée du bras inférieur du diviseur. La stabilisation s'effectue en modifiant la résistance de l'un des bras du diviseur : la résistance est constamment maintenue pour que la tension à la sortie du stabilisateur soit dans les limites établies.
Il existe deux types de stabilisateur linéaire :
Fixé
Les régulateurs linéaires "fixes" à trois bornes stabilisent les tensions continues de 3 V, 5 V, 6 V, 9 V, 12 V ou 15 V lorsque la charge est inférieure à 1,5 A. Série "78xx" (7805, 7812, etc. ) régule les tensions positives, tandis que "79xx" (7905, 7912, etc.) régule les tensions négatives. Souvent, les deux derniers chiffres correspondent à la tension de sortie (par exemple, le 7805 est un régulateur de +5 V, tandis que le 7915 est un régulateur de -15 V).
Variables
Ce type génère une basse tension nominale fixe entre la sortie et la borne de correction (équivalente à la borne de terre dans une borne fixe). La famille d'appareils comprend le LM723 (basse consommation) ainsi que les LM317 et L200 (moyenne puissance). Certaines variables sont disponibles dans des assemblages comportant plus de trois broches, y compris les packages doubles en ligne. Ils offrent la possibilité d'ajuster la tension de sortie à l'aide de résistances externes avec des valeurs connues.
La série LM317 (+1,25 V) régule les tensions positives, tandis que la série LM337 (−1,25 V) régule les tensions négatives.
Application de stabilisateurs linéaires
L7805 (régulateur de tension – 5 V) : il s'agit d'un régulateur de tension de base, un régulateur positif à trois bornes avec une tension de sortie fixe de 5 V. Courant de sortie maximum jusqu'à 1,5 A.
L7812 (stabilisateur de tension – 12 V) : il s'agit d'un régulateur de tension de base, un régulateur positif à trois bornes avec une tension de sortie fixe de 12 V. Courant de sortie maximum jusqu'à 1,5 A.
LM317 ("Trimmer" 1,25V à 37V) : - Un régulateur de tension positive à trois bornes capable de délivrer plus de 1,5A sur une plage de tension de sortie de 1,25V à 37V. Il nécessite deux résistances externes réglées à la tension de sortie.
Les stabilisateurs de tension alternative sont des dispositifs conçus pour maintenir une valeur de tension constante, quelles que soient ses fluctuations dans le circuit d'entrée.
Stabilisateur de suralimentation
Il s'agit d'un convertisseur DC/DC avec une tension de sortie supérieure à sa tension d'entrée.
Un exemple typique de convertisseur boost est le LM27313. Cette puce est conçue pour être utilisée dans des systèmes à faible consommation tels que des appareils photo, des téléphones mobiles et des appareils GPS. Un autre convertisseur réglable courant est le LM2577.
Un circuit intégré (CI) (parfois appelé microcircuit ou micropuce) est une plaquette semi-conductrice contenant des milliers ou des millions de minuscules résistances, condensateurs et transistors. Le circuit intégré peut fonctionner comme un amplificateur, un oscillateur, une minuterie, un compteur, une mémoire informatique ou un microprocesseur.
Les circuits intégrés linéaires ont une sortie continuellement variable (théoriquement capable d'atteindre un nombre infini d'états) qui dépend du niveau du signal d'entrée. Les circuits intégrés de ligne sont utilisés comme amplificateurs de fréquence audio (AF) et de radiofréquence (RF). Un amplificateur opérationnel (ampli-op) est un dispositif courant dans ces applications.
Les circuits intégrés numériques fonctionnent uniquement à quelques niveaux ou états spécifiques, plutôt que sur une plage continue d'amplitudes de signal. Ces appareils sont utilisés dans les ordinateurs, les réseaux informatiques, les modems et les compteurs de fréquence. Les éléments fondamentaux des circuits intégrés numériques sont des portes logiques qui fonctionnent sur des données binaires, c'est-à-dire signaux qui n'ont que deux états distincts bas (logique 0) et haut (logique 1).
Selon la méthode de fabrication, les circuits intégrés peuvent être divisés en deux groupes : hybrides et monolithiques.
Numérotation des contacts (brochage)
Chaque « jambe » du microcircuit a son propre numéro spécifique et un certain nombre de fonctions qu'il remplit. La figure montre un repère qui permet d'identifier le premier contact de la puce.
L'une des principales caractéristiques du boîtier est la manière dont il est monté sur le circuit imprimé. Il s'agit soit de contacts de sortie, soit d'un montage en surface.
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