Sähköpaja
Kimmo Silvonen (X)
5.10.2015
Elektroniikan komponentit
Erilliskomponentit ja IC:t
Ï
Passiivit: R C L
Ï
Aktiiviset diskreetit ja IC:t
Ï
Bipolaaritransistori BJT
Ï
Kanavatransistorit FET
Ï
Jänniteregulaattorit (pajan)
Ï
Operaatiovahvistin sovelluskytkentöineen
Kimmo Silvonen, Sähköpaja ELEC-A4010
5.10.2015
Page 2 (15)
Vastus, resistanssi R
2 = 0,25 W tai 0,5 W
Pajan vastukset ovat yleensä PMAX = R · Ieff
"Big Boys Race Our Young Girls, but Violet Generally Wins!"
Kimmo Silvonen, Sähköpaja ELEC-A4010
5.10.2015
Page 3 (15)
Kondensaattori, kapasitanssi C
Ï
Ï
Ï
Ï
Ï
Ï
Sarjakondensaattori blokkaa tasavirran, päästää signaalin läpi
Rinnakkaiskondensaattori voi vaatia etuvastuksen
Jännitekestoisuus DC/AC!
Kuivat muovieristeiset
Elektrolyyttikondensaattorit C > noin 1 µF
Superkondensaattorit C > noin 1 F (heikko jännitekestoisuus)
u
i
C
+
RS
−
R
u(t) C
UAVE
?
?
du
dt
Tämä pätee aina (vrt. u = Ri vastuksessa).
i=C
Kimmo Silvonen, Sähköpaja ELEC-A4010
5.10.2015
Page 4 (15)
Kela, induktanssi L
Hidastaa virran muuttumista
Tasavirta menee esteettömästi läpi. Virran katkaisu
aiheuttaa lyhyen korkean jännitepiikin (Diracin deltafunktio)!
Suojaus esim. normaalisti estosuuntaisella diodilla.
Myös moottorin rinnalle!
R
K
A
b
b
t=0
i(t)
?
L u(t)
?
−u
@
-t
t=0
di
u=L
dt
Tämä pätee aina (vrt. u = Ri vastuksessa).
Kimmo Silvonen, Sähköpaja ELEC-A4010
5.10.2015
Page 5 (15)
LED = loistediodi vs. fotodiodi
Myös laserdiodi (optinen tietoliikenne) ja IR = infrared
Esimerkkinä LED merkkivalona, oikealla fotodiodi:
E − UR
E
I
U @
1,8 V ?
S
w
S
w
7@
7
Ledeillä ja muilla diodeilla sallittu jänniteikkuna on hyvin kapea:
hieman liian pieni U ⇒ ei johda, hieman liian suuri U ⇒ kärähtää!
Kimmo Silvonen, Sähköpaja ELEC-A4010
5.10.2015
Page 6 (15)
Transistori BJT
Bipolar Junction Transistor, β ≥ 100 (?), kasvaa kuumetessa, P ≈ UCE IC
Pienillä kirjaimilla merkitään ajan funktioita, isoilla tasavirtoja.
Kollektori, C
NPN i
C
Kanta, base, B
uCE
iB H
R
RB
@
H
uBE
HH@?
j
H
Emitteri, E
Kun UCE ≥ noin 0,3 V:
PNP
I
@
@
iC = βiB
Kanta–emitteri -välissä on päästösuuntainen diodi. Virrallisena:
uBE ≈ 0,7 V (npn)
Kimmo Silvonen, Sähköpaja ELEC-A4010
5.10.2015
Page 7 (15)
Darlington-transistori
Suuri virtavahvistus, toimii kuin tavallinen BJT
(β1 (1 + β2 ) + β2 )IB
?
IB
R
@
@
≥ 0,3 V
R
@
≈ 1,4 V
@ ?
?
Kimmo Silvonen, Sähköpaja ELEC-A4010
5.10.2015
Page 8 (15)
Transistori puskurivahvistimena (virtapuskuri)
Eroaa esim. E-NMOSFETistä siinä, että vaatii (pienen) ohjausvirran IB
Kuorma kytketty E:hen
R
E
0,7 V ≈ UEB ?
U
IB
@
TIP42C PNP
@?
@
TIP41C NPN I ?
C
0
1
Arduino
Arduino
U
R
@
IB R
@ ?
Kuorma kytk. maahan
@
?
?
IC
UBE ≈ 0,7 V
Kuvissa kuorman R läpi kulkee virtaa (huomaa suojadiodit).
BJT:n UMIN ≈ 0,3 V; FET on tässä suhteessa parempi ja toimii
tarvittaessa myös jännitteellä säädettävänä vastuksena!
Data-lehdillä PNP-transistorin IB ja IC sekä NPN-trankun IE ovat
negatiivisia (IEC määrittelee virrat aina sisäänpäin).
Kimmo Silvonen, Sähköpaja ELEC-A4010
5.10.2015
Page 9 (15)
Kanavatransistorit FET
avauskanavatransistori (enhancement), sulkukanavatransistori (depletion) ja
liitoskanavatransistori (junction), ENMOSFET on loogisin, googlaa dtf.pdf!
D
G
-
-
enmos S
njfet
dnmos
avaus
sulku
liitos
CMOS
@
@
@
dpmos
pjfet
R epmos
@
avaus
sulku
liitos
G
D
S
B (vain MOSFET)
gate
hila
drain
nielu
source
lähde
body, bulk
substraatti
Kimmo Silvonen, Sähköpaja ELEC-A4010
5.10.2015
Page 10 (15)
Enmosfet: Enhancement N-Channel MOSFET
Käyttö muistuttaa NPN-transistoria, ohjataan jännitteellä UGS !
Vastaavasti P-Channel MOSFET muistuttaa PNP-transistoria.
Kynnysjännite Ut (threshold)
?
ID ≥ 0
UGS > Ut ⇒ ID > 0
IG = 0
-
UGS < Ut ⇒ ID = 0
UGS
- UDS > 0
?
?
Toimii säädettävänä vastuksena pienillä UDS :n arvoilla:
RDS ≈
1
2K(UGS − Ut )
UDS << UGS − Ut
Kimmo Silvonen, Sähköpaja ELEC-A4010
5.10.2015
Page 11 (15)
Jänniteregulaattori, kotelo TO-220
Pajalla mm.: LM 7805CT ja LD1117V33C LDO, ym. RJC ≈ 3◦ C/W, RJA ≈ 50◦ C/W
LD1117V33C
Low dropout
(LD1117V33C)
(4,4 . . . 15 V)
7 . . . 35 V
0,33µ
Max
i LM 7805CT o
-1A
(3,3 V)
common
0,1µ
5V
gnd
?
Kimmo Silvonen, Sähköpaja ELEC-A4010
5.10.2015
Page 12 (15)
Operaatiovahvistin — erittäin hyvä yleistyökalu!
1-puolinen jännitelähde: Pajalla mm. TLV2372, rail-to-rail (ei kuormitettuna!).
0
0
?
0
b VDD
+b
b
− ""
" GND
b
+b
b
− ""
"
2,7 . . . 16 V
Kimmo Silvonen, Sähköpaja ELEC-A4010
5.10.2015
Page 13 (15)
Kaksipuolinen syöttöjännite
Suositeltava audiosignaaleille, Pajalla monia kaksikko- tai nelikkomalleja.
"Klassisen" 741:n standardi pinnijärjestys:
? . . . 18 (22) V
b +
+b
b
− ""
" −
? . . . 18 (22) V
Kimmo Silvonen, Sähköpaja ELEC-A4010
5.10.2015
Page 14 (15)
Sovelluskytkentöjä
liitutaululla
Ï
Invertoiva vahvistin
Ï
Ei-invertoiva vahvistin
Ï
Puskurivahvistin
Ï
Integraattori (passiivi vs. akt.)
Ï
Suodattimet (LP, HP, BP, BS)
Ï
Pajan opareita:
Ï
TL074CNE4, quad JFET, DIP14
Ï
TL072IP, JFET, PDIP8
Ï
OP07CP, low offset, DIP8
Ï
LM358NG, BJT, PDIP-8
Ï
OP27GPZ, low noise precision, DIP8
Kimmo Silvonen, Sähköpaja ELEC-A4010
5.10.2015
Page 15 (15)