K621ZENT 621ZENT – Základy elektroniky Základy elektroniky Přednáška č. 3 ř d ášk č 3 O Osnova: 1. Speciální diody 2. Tranzistory 3. Operační zesilovače 4. Řízené usměrňovače
LED Přiložením napětí v propustném směru dochází k injekci nosičů přes přechod PN a ty rekombinují s nosiči opačného znaménka. Při rekombinaci dochází k vyzáření energie ve formě fotonu (světla). Vlnová l á délka délk světla ě l (tj. ( barva) b ) závisí á í na šířce šíř zakázaného ká éh pásu, á tj. na použitém materiálu. Např. pro GaAs je λ = 550 nm. Voltampérová V lt é á charakteristika h kt i tik diody di d odpovídá d ídá klasické kl i ké (usměrňovací) ( ěň í) diodě. Při použití je potřeba zajistit ochranu proti nadměrnému závěrnému napětí a v propustném směru omezit proud diodou rezistorem v sérii. Fotodioda Fotodiody pracují na principu fotoelektrického jevu. Foton (kvantum světla), který vstupuje do polovodiče, polovodiče je pohlcen elektronem a jeho energie je využita na přestup elektronu do pásu s vyšší energií (vodivostní pás). Vznikne pár elektron ‐ díra. Maximální vlnová délka světla, při níž ještě může dojít k absorpci, závisí na šířce zakázaného aká aného pásma, tudí tudíž na materiálu. Pár elektron ‐ díra zvyšuje vyšuje v polovodiči napětí (fotovoltaický, hradlový režim) nebo zvětšuje jeho vodivost (fotovodivostní jev). Velikost napětí se zvětšuje s osvětlením logaritmicky.
Tyristor
Tyristor je čtyřvrstvý polovodičový prvek se třemi přechody J1, J2, J3. Má tři vývody – anodu A, katodu K a řídící elektrodu G. Používá se především jako řízený spínač. Pokud je tyristor připojen na napětí tak, že anoda je polarizována záporně vůči katodě, jsou přechody J1 a J3 polarizovány v závěrném směru a J2 v propustném. Tyristor je v závěrném stavu a jeho chování je shodné s diodou ‐ proud neprochází. V tomto stavu nesmí být přivedeno na řídicí elektrodu žádné napětí. Pokud je tyristor zapojen v propustném směru, (tj. anoda na kladný pól, katoda na záporný pól zdroje), situace se otočí a přechody J1 a J3 jsou polarizovány propustně, J2 závěrně. Přechod J2 tedy brání průchodu ů proudu (na ( rozdíl od diody). ) Tyristor se nachází v tzv. blokovacím stavu ‐ proud jím neprochází. Teprve po přivedení signálu (kladného napětí vůči katodě ) na řídicí elektrodu (které vyvolá spínací proud IG) tyristorová struktura spíná, tj. začne jí procházet há t proud d (propustný ( t ý stav). t ) Pokud tyristor sepne, nemá na chování tyristorové struktury již řídicí elektroda vliv.
Tyristor
vratný proud ýp
spínací napětí
Tyristor se využívá především jako regulátor výkonu spotřebiče ve střídavých obvodech.
Ochrana proti přepětí (5-25V / 5A) Předpokladem pro účinnost takovéto ochrany je její rychlost odezvy. odezvy
Dojde-lili k přepětí, Dojde přepětí tak se tyristor zapálí a zkratuje napájecí napětí. napětí Tím je již připojené zařízení ochráněno. V důsledku zkratu se roztaví tavná pojistka F1 a přeruší přívod proudu. Prahovou hodnotu napětí je možno nastavit pomocí potenciometru P1 mezi 5V až 25V. Ochrana proti přepětí používající tyristor je mnohonásobně rychlejší než obyčejné relé.
Tranzistory
Tranzistory PNP a NPN se označují jako bipolární, protože na jejich funkci se podílejí jak elektrony tak díry.
Zapojení tranzistorů
TTranzistor i v zapojení j í SE se používá ží á jako j k zesilovač, il č protože ž máá velké lké zesílení íl í a nejlepší jl ší impedanční přizpůsobení.
Charakteristiky tranzistoru v zapojení SE
V prvním kvadrantu je výstupní, v levém spodním vstupní charakteristika; do levého horního kvadrantu se zakresluje proudová převodní, převodní do pravého dolního napěťová převodní charakteristika.
Stejnosměrný zesilovač napětí
Emitorový sledovač
Darlingtonovo zapojení
Střídavý zesilovač
Klidový pracovní bod je nejvýhodnější nastavit do poloviny zatěžovací přímky, tj. aby napětí mezi kolektorem a emitorem bylo na polovině napájecího napětí ěí
Zaručena stejná amplituda rozkmitu napětí U j p p y CE na obě strany.
Dá se dokázat, že největší kolektorová ztráta nastává (tranzistor se nejvíce zahřívá), je‐li napětí mezi kolektorem a emitorem rovno polovině napájecího napětí, tj. právě v klidovém pracovním bodě. Paradoxně je tranzistor nejvíce zatížen, když na vstupu p střídavýý signál. g Pokud chceme odebírat z výstupu ý p zesilovače velkýý není žádnýý vstupní proud, musí být kolektorový rezistor malý a tranzistor je také výkonově namáhán. Proto se tento zesilovač, tzv. zesilovač ve třídě A, používá pouze pro malé výkony. V koncových stupních je běžný zesilovač ve třídě B. B Obvykle je zapojen jako dvojčinný ‐ má dva tranzistory (komplementární ‐ NPN a PNP), každý s tranzistorů zesiluje po dobu jedné polovinu periody signálu (tedy jeden kladnou, druhý zápornou půlvlnu).
Skutečné operační zesilovače
