Projekt: ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ Téma: MEII - 3.2.2 MĚŘENÍ NA AKTIVNÍCH SOUČÁSTKÁCH Obor: Mechanik elektronik Ročník: 2. Zpracoval(a): Bc. Josef Mahdal Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010
Obsah 1. Aktivní součástky...3 2. Diody...3 2.1 Princip funkce...3 2.2 Usměrňování diody...3 2.3 Svítící dioda LED...4 2.4 Lavinová a Zenerova dioda...4 2.5 Schottkyho dioda...4 3. Tranzistory...5 3.1 Transistor jako spínač...5 3.2 Tranzistor jako jednoduchý proudový zesilovač...5 4. Testování diod...6 5. Testování tranzistorů...6 Použitá literatura...7
1. AKTIVNÍ SOUČÁSTKY Mezi nejvíce používané aktivní součástky patří diody, tranzistory a integrované obvody. 2. DIODY Dioda je polovodičová součástka ze dvou oblastí polovodiče: P a N. V nejběžnějším provedení slouží jako ventil propouští proud jen jedním směrem. 2.1 PRINCIP FUNKCE Polovodičová dioda je tvořena PN přechodem, který vzniká při kontaktu polovodiče typu P a typu N. V místě styku rekombinují volné elektrony polovodiče typu N s dírami polovodiče typu P. Vzniká tak oblast bez náboje a polovodič typu N se nabíjí kladně, protože v něm ubývá záporný náboj, polovodič typu P se nabíjí záporně, protože v něm ubývá kladný náboj. Mezi polovodiči vznikne napětí, tzv. potenciálový val, které má směr od polovodiče typu N k polovodiči typu P. Potenciálový val způsobuje, že náboje se nemohou přes přechod P-N volně pohybovat, dokud vnějším napětím se správnou polaritou není tento val překonán. 2.2 USMĚRŇOVÁNÍ DIODY Dioda propouští proud jen jedním směrem. Ve schématech se značí: Proud teče jen z anody na katodu (ta je obvykle barevně označena), ne obráceně. Chování diody popisuje tzv. voltampérová charakteristika tedy závislost protékajícího proudu na přiloženém napětí. Při praktickém používání diody jsou důležité tyto parametry: Prahové napětí, což je napětí, které je třeba přiložit na diodu, aby došlo k jejímu otevření, tj. aby jí mohl protékat proud. Toto napětí závisí na materiálu, např. u křemíku je 0,51 V, germania 0,28 V, u LED může dosahovat i 3 V. Maximální proud v propustném směru je maximální proud, který může diodou procházet bez jejího zničení v důsledku přehřátí. U běžných malých diod je obvykle do 0,5 A. Někdy se místo maximálního proudu používá výkonová ztráta. Dynamický odpor je velikost odporu otevřené diody pro malý střídavý proud. Je dán sklonem charakteristiky v propustném směru. Bývá malý. Prahové napětí a malý dynamický odpor v propustném směru způsobují, že na otevřené diodě je v propustném směru stálý úbytek napětí o hodnotě asi 0,7 V. Maximální závěrné napětí je maximální napětí, které dioda v opačném směru udrží, aniž by se prorazila. U běžných, křemíkových diod se pohybuje od 50 V do 1500 V. Speciální typy diod (stabilizační diody) se naopak provozují v oblasti průrazu. Zbytkový proud je proud, který prochází diodou v závěrném směru. Bývá velmi malý.
2.3 SVÍTÍCÍ DIODA LED Diody, které jsou schopné svítit, když jimi v propustném směru prochází malý proud, se vyrábějí v různém tvarovém i barevném provedení. Zelené, žluté, červené a modré, dále existují bílé a vícebarevné. Úbytek napětí na svítivé diodě je poměrně velký, mezi 1,5 a 4,0 V (obecně platí, že směrem od červené k modré úbytek napětí v propustném směru stoupá). Každá svítivá dioda má stanovený maximální proud, který se nesmí překročit (aby se nezničila). Musíme tedy před ni vždy zařadit rezistor, který proud omezí. Běžná svítivá dioda proud I=20mA. Při připojení ke zdroji o napětí Uzdroj třeba 5 V je nutno zařadit rezistor o odporu R: U zdroj - U ubytek 5V 1,7V R = ------------------- = ------------------- = 165Ω I 0,02A Čili pro 5 V bychom použili rezistor 160Ω. 2.4 LAVINOVÁ A ZENEROVA DIODA Jedná se o diody, u kterých jde malým napětím způsobit nedestruktivní průraz v závěrném směru, který má stanovený úbytek napětí. V závěrném směru je velmi strmá závislost proudu na napětí: úbytek napětí v závěrném směru skoro nezávisí na proudu! Této vlastnosti se užívá např. v napěťových stabilizátorech. 2.5 SCHOTTKYHO DIODA V Schottkyho diodách nevzniká usměrňovací jev mezi dvěma druhy polovodiče, ale mezi kovem a polovodičem. Oproti běžné křemíkové diodě se liší v tom, že má: nižší úbytek napětí (cca 0,3 V) kratší dobu, než se zavře při změně směru proudu (řádově 20 ns), ale také větší závěrný proud a nižší povolené závěrné napětí (cca 40 V).
3. TRANZISTORY Bipolární tranzistor (BJT Biopolar Junction Transistor) je součástka, která umožňuje malým proudem řídit větší proud, který jí protéká. Bipolární tranzistory se vyskytují ve dvou variantách: NPN a PNP. Jsou funkčně skoro stejné, liší se ale opačnou polaritou: tam, kde u NPN teče proud jedním směrem, teče u PNP opačným. Častěji se používají tranzistory NPN. Všechna zapojení lze ale realizovat i s PNP, pokud u všech součástek (i napájení) otočíme polaritu. Značí se takto: K zapamatování symbolu pomůže, že en pé en, šipka ven nožička se šipkou je vždy emitor 3.1 TRANSISTOR JAKO SPÍNAČ Když tranzistor zapojíme podle schématu, bude malý proud tekoucí do báze I určovat, jestli přes žárovku poteče velký proud do kolektoru I: Aby tranzistor spínal a vypínal kolektorový proud, stačí do báze pustit výrazně menší proud (zde protéká 5 ma přes 1 kω rezistor). 3.2 TRANZISTOR JAKO JEDNODUCHÝ PROUDOVÝ ZESILOVAČ Zesilovací činitel β popisuje, kolikrát tranzistor zesiluje proud. U běžného tranzistoru je β 50 150. Pokud je β = 100 a do B teče 1 ma, dovolí tranzistor, aby z C do E teklo nejvýše 100 ma. V následující ukázce bázový proud postupně zvětšujeme (točíme proměnným rezistorem od 48 kω do 1 kω): Zpočátku vzrůstá svit žárovky, neboť se vzrůstajícím bázovým proudem tranzistor propouští i větší kolektorový. Při dalším zvětšení bázového proudu už nepozorujeme zvýšení svitu žárovky, protože sama omezuje proud. (Na tranzistoru bychom nyní naměřili skoro nulové napětí, protože už neomezuje kolektorový proud.) Aby to nebylo tak jednoduché, přechod báze-emitor se chová jako dioda v otevřeném směru: má úbytek napětí 0,6 V. Pokud bází protéká proud, je na ní vždy napětí o 0,6 V vyšší než na emitoru.
4. TESTOVÁNÍ DIOD Před měřením odpojte napřed všechna napájecí napětí a vybijte všechny kondenzátory. Zabráníte tím úrazu elektrickým proudem a poškození přístroje. Nastavte přepínač funkcí do polohy měření diod. Připojte černý vodič do svorky COM a červený do svorky VωmA. + polarita je na červeném vodiči. Přiložte červenou měřicí šňůru k anodě a černou ke katodě a přečtěte údaj na displeji. Na displeji se zobrazí přibližný úbytek napětí na diodě v propustném směru. Jsou-li měřicí šňůry přehozeny, na displeji se zobrazí 1. 5. TESTOVÁNÍ TRANZISTORŮ Před vložením tranzistoru do svorek zkontrolujte, zda jsou měřicí šňůry odpojeny. Neponechávejte součástky ve svorkách měření tranzistorů během měření napětí měřícími šňůrami. Nastavte přepínač funkcí do polohy měření hfe. Podle typu tranzistoru NPN nebo PNP zasuňte vývody tranzistoru do odpovídajících svorek pro testování tranzistoru na panelu přístroje. Na displeji přečtěte přibližnou hodnotu hfe při proudu báze 10mikroA a napětí Uce 2,8 V. Pokud je již přístroj otevřen, uvědomte si, že některé kondenzátory mohou být nabity na nebezpečné napětí, i když je přístroj vypnut. Nebude-li přístroj používán delší dobu, vyjměte baterii a neskladujte přístroj v prostředí s vysokou teplotou nebo vlhkostí nebo na přímém slunečním svitu.
POUŽITÁ LITERATURA 1. NOVÁK, Karel: Slabikář radioamatéra, SNTL, 1975. 2. Manuál k RLC můstku ELC 3131D 3. DOKOUPIL, T.: Praktická elektronika. 4. Radioelektronik (Polsko), č. 11/1986