Grundlegende Elektronik - Kurzanleitung

Materie besteht aus Molekülen, die aus Atomen bestehen. Nach Bohrs Theorie besteht das Atom aus einem positiv geladenen Kern und einer Reihe negativ geladener Elektronen, die sich in verschiedenen Bahnen um den Kern drehen. Wenn ein Elektron von einem niedrigeren Zustand in einen höheren Zustand angehoben wird, heißt esexcited. Während der Anregung wird das Atom ionisiert, wenn das Elektron vollständig aus dem Kern entfernt ist. Der Prozess des Anhebens des Atoms vom Normalzustand in diesen ionisierten Zustand wird also als bezeichnetionization.

Die folgende Abbildung zeigt die Struktur eines Atoms.

Nach Bohrs Modell soll ein Elektron in einem bestimmten bewegt werden OrbitWährend nach der Quantenmechanik ein Elektron irgendwo im freien Raum des Atoms sein soll, heißt es Orbital. Diese Theorie der Quantenmechanik hat sich als richtig erwiesen. Daher wird eine dreidimensionale Grenze, an der sich wahrscheinlich ein Elektron befindet, als bezeichnetAtomic Orbital.

Quantenzahlen

Jedes Orbital, in dem sich ein Elektron bewegt, unterscheidet sich in seiner Energie und Form. Die Energieniveaus von Orbitalen können unter Verwendung eines diskreten Satzes von Integralen und Halbintegralen dargestellt werden, die als Quantenzahlen bekannt sind. Es gibt vier Quantenzahlen, die zum Definieren einer Wellenfunktion verwendet werden.

Hauptquantenzahl

Die erste Quantenzahl, die ein Elektron beschreibt, ist die Principal quantum number. Sein Symbol istn. Es gibt die Größe oder Reihenfolge (Energieniveau) der Zahl an. Wenn der Wert von n zunimmt, nimmt auch der durchschnittliche Abstand vom Elektron zum Kern zu, und auch die Energie des Elektrons nimmt zu. Das Hauptenergieniveau kann als Hülle verstanden werden.

Drehimpuls Quantenzahl

Diese Quantenzahl hat lals sein Symbol. Dieses l gibt die Form des Orbitals an. Sie reicht von 0 bis n-1.

l = 0, 1, 2… n-1

Für die erste Schale ist n = 1.

dh für n-1 ist l = 0 der einzig mögliche Wert von l als n = 1.

Wenn also l = 0 ist, heißt es als SOrbital. Die Form von S ist kugelförmig. Die folgende Abbildung zeigt die Form von S.

Wenn n = 2, dann ist l = 0, 1, da dies die beiden möglichen Werte für n = 2 sind.

Wir wissen, dass es S-Orbital für l = 0 ist, aber wenn l = 1 ist, ist es P Orbital.

Das P-Orbital, in dem sich die Elektronen mit größerer Wahrscheinlichkeit befinden, befindet sich in dumbbellgestalten. Dies ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Magnetische Quantenzahl

Diese Quantenzahl wird mit bezeichnet m_lDies repräsentiert die Ausrichtung eines Orbitals um den Kern. Die Werte von m _l hängen von l ab.

$$m_{l}= \int (-l\:\:to\:+l)$$

Für l = 0, m _l = 0 repräsentiert dies das S-Orbital.

Für l = 1, m _l = -1, 0, +1 sind dies die drei möglichen Werte und dies repräsentiert das P-Orbital.

Daher haben wir drei P-Orbitale, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Spinquantenzahl

Dies wird dargestellt durch m_sund das Elektron dreht sich hier um die Achse. Die Bewegung des Elektronenspinnens kann entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn erfolgen, wie hier unten gezeigt.

Die möglichen Werte für diese Spinquantenzahl sind wie folgt:

$$m_{s}= +\frac{1}{2}\:\:up$$

Für eine Bewegung namens Spin-up ist das Ergebnis die positive Hälfte.

$$m_{s}= -\frac{1}{2}\:\:down$$

Für eine Bewegung namens Spin-Down ist das Ergebnis eine negative Hälfte.

Dies sind die vier Quantenzahlen.

Pauli-Ausschlussprinzip

Nach dem Pauli-Ausschlussprinzip no two electrons in an atom can have the same set of four identical quantum numbers. Das heißt, wenn zwei beliebige Elektronen die gleichen Werte von n, s, ml haben (wie wir gerade oben besprochen haben), dann wäre der l-Wert in ihnen definitiv unterschiedlich. Daher haben keine zwei Elektronen die gleiche Energie.

Elektronische Schalen

Wenn n = 1 eine Shell ist, dann ist l = 0 eine Sub-Shell.

Ebenso ist n = 2 eine Schale und l = 0, 1 ist eine Unterschale.

Elektronenschalen, die n = 1, 2, 3 ... entsprechen, werden jeweils durch K, L, M, N dargestellt. Die Unterschalen oder die Orbitale, die l = 0, 1, 2, 3 usw. entsprechen, werden jeweils mit s, p, d, f usw. bezeichnet.

Betrachten wir die elektronischen Konfigurationen von Kohlenstoff, Silizium und Germanium (Gruppe IV - A).

Es ist zu beobachten, dass die äußerste p-Unterschale jeweils nur zwei Elektronen enthält. Die mögliche Anzahl von Elektronen beträgt jedoch sechs. Daher gibt es viervalence electronsin jeder äußersten Schale. Jedes Elektron in einem Atom hat also eine spezifische Energie. Die atomare Anordnung innerhalb der Moleküle in jeder Art von Substanz ist fast so. Der Abstand zwischen den Atomen unterscheidet sich jedoch von Material zu Material.

In gasförmigen Substanzen ist die Anordnung der Moleküle nicht eng. In Flüssigkeiten ist die molekulare Anordnung moderat. In Festkörpern sind die Moleküle jedoch so eng angeordnet, dass die Elektronen in den Atomen der Moleküle dazu neigen, sich in die Orbitale benachbarter Atome zu bewegen. Daher überlappen sich die Elektronenorbitale, wenn die Atome zusammenkommen.

Aufgrund der Vermischung von Atomen in Festkörpern werden anstelle einzelner Energieniveaus Bänder von Energieniveaus gebildet. Diese dicht gepackten Energieniveaus werden als bezeichnetEnergy bands.

Volantband

Die Elektronen bewegen sich in den Atomen in bestimmten Energieniveaus, aber die Energie der Elektronen in der innersten Schale ist höher als die der äußersten Schalenelektronen. Die Elektronen, die in der äußersten Schale vorhanden sind, werden als bezeichnetValance Electrons.

Diese Valenzelektronen, die eine Reihe von Energieniveaus enthalten, bilden ein Energieband, das als Valenzband bezeichnet wird. Dasvalence bandist die Band mit der höchsten besetzten Energie .

Leitungsband

Die Valenzelektronen sind so locker an den Kern gebunden, dass selbst bei Raumtemperatur nur wenige Valenzelektronen das Band verlassen, um frei zu sein. Diese werden als bezeichnetfree electrons da sie dazu neigen, sich in Richtung der benachbarten Atome zu bewegen.

Diese freien Elektronen leiten den Strom in einem Leiter und werden daher als bezeichnet Conduction Electrons. Das Band, das Leitungselektronen enthält, heißtConduction Band. Das Leitungsband ist das Band mit der niedrigsten belegten Energie .

Verbotene Lücke

Die Lücke zwischen Valenzband und Leitungsband wird als bezeichnet forbidden energy gap. Wie der Name schon sagt, ist diese Band die verbotene ohne Energie. Daher bleibt kein Elektron in dieser Bande. Die Valenzelektronen passieren dabei das Leitungsband.

Die verbotene Energielücke bedeutet, wenn sie größer ist, dass die Valenzbandelektronen fest an den Kern gebunden sind. Um nun die Elektronen aus dem Valenzband herauszudrücken, wird etwas externe Energie benötigt, die gleich der verbotenen Energielücke wäre.

Die folgende Abbildung zeigt das Valenzband, das Leitungsband und die verbotene Lücke.

Abhängig von der Größe des verbotenen Spaltes werden die Isolatoren, die Halbleiter und die Leiter gebildet.

Isolatoren

Isolatoren sind solche Materialien, bei denen die Leitung aufgrund des großen verbotenen Spaltes nicht stattfinden kann. Beispiele: Holz, Gummi. Die Struktur der Energiebänder in Isolatoren ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Eigenschaften

Das Folgende sind die Eigenschaften von Isolatoren.

• Die verbotene Energielücke ist sehr groß.

• Valenzbandelektronen sind fest an Atome gebunden.

• Der Wert der verbotenen Energielücke für einen Isolator beträgt 10 eV.

• Bei einigen Isolatoren können sie mit steigender Temperatur eine gewisse Leitfähigkeit aufweisen.

• Der spezifische Widerstand eines Isolators liegt in der Größenordnung von 107 Ohmmeter.

Halbleiter

Halbleiter sind solche Materialien, bei denen die verbotene Energielücke klein ist und die Leitung stattfindet, wenn etwas externe Energie angelegt wird. Beispiele: Silizium, Germanium. Die folgende Abbildung zeigt die Struktur von Energiebändern in Halbleitern.

Eigenschaften

Das Folgende sind die Eigenschaften von Halbleitern.

• Die verbotene Energielücke ist sehr klein.

• Die verbotene Lücke für Ge beträgt 0,7 eV, während für Si 1,1 eV beträgt.

• Ein Halbleiter ist eigentlich weder ein Isolator noch ein guter Leiter.

• Mit steigender Temperatur steigt die Leitfähigkeit eines Halbleiters.

• Die Leitfähigkeit eines Halbleiters liegt in der Größenordnung von 102 mho-meter.

Dirigenten

Leiter sind solche Materialien, bei denen die verbotene Energielücke verschwindet, wenn das Valenzband und das Leitungsband sehr nahe kommen, dass sie sich überlappen. Beispiele: Kupfer, Aluminium. Die folgende Abbildung zeigt die Struktur der Energiebänder in Leitern.

Eigenschaften

Das Folgende sind die Eigenschaften von Leitern.

• Es gibt keine verbotene Lücke in einem Dirigenten.

• Das Valenzband und das Leitungsband überlappen sich.

• Die zur Leitung verfügbaren freien Elektronen sind reichlich.

• Ein leichter Spannungsanstieg erhöht die Leitung.

• Es gibt kein Konzept der Lochbildung, da ein kontinuierlicher Elektronenfluss den Strom beiträgt.

Wichtige Begriffe

Es ist notwendig, einige wichtige Begriffe hier zu diskutieren, bevor wir mit den folgenden Kapiteln fortfahren.

Aktuell

Es ist einfach der Elektronenfluss. Ein kontinuierlicher Fluss von Elektronen oder geladenen Teilchen kann als Strom bezeichnet werden. Es wird angezeigt durchI oder i. Es wird gemessen inAmperes. Dies kann Wechselstrom oder Gleichstrom sein.

Stromspannung

Es ist die Potentialdifferenz. Wenn zwischen zwei Punkten ein Potentialunterschied auftritt, spricht man von einem Spannungsunterschied, der zwischen diesen beiden Punkten gemessen wird. Es wird angezeigt durchV. Es wird gemessen inVolts.

Widerstand

Es ist die Eigenschaft, dem Elektronenfluss entgegenzuwirken. Der Besitz dieser Eigenschaft kann als spezifischer Widerstand bezeichnet werden. Dies wird später im Detail besprochen.

Ohm'sches Gesetz

Mit den oben diskutierten Begriffen haben wir ein Standardgesetz, das für das Verhalten aller elektronischen Komponenten sehr wichtig ist und als Ohmsches Gesetz bezeichnet wird. Dies gibt die Beziehung zwischen Strom und Spannung in einem idealen Leiter an.

According to Ohm’s law, the potential difference across an ideal conductor is proportional to the current through it.

$$V\:\alpha\:\:I$$

Ein idealer Leiter hat keinen Widerstand. In der Praxis hat jedoch jeder Leiter einen gewissen Widerstand. Mit zunehmendem Widerstand steigt auch der Potentialabfall und damit die Spannung.

Daher the voltage is directly proportional to the resistance it offers.

$$V\:\alpha\:\:R$$

$$V = IR $$

Aber die current is inversely proportional to the resistance.

$$V\:\alpha\:\:I\:\alpha\:\:\frac{1}{R}$$

$$I = V/R $$

In der Praxis kann ein Ohmsches Gesetz daher wie folgt angegeben werden:

According to Ohm’s law, the current flowing through a conductor is proportional to the potential difference across it, and is inversely proportional to the resistance it offers.

Dieses Gesetz ist hilfreich bei der Bestimmung der Werte unbekannter Parameter unter den drei, die bei der Analyse einer Schaltung helfen.

EIN semiconductorist eine Substanz, deren spezifischer Widerstand zwischen den Leitern und Isolatoren liegt. Die Eigenschaft des spezifischen Widerstands ist nicht die einzige, die ein Material als Halbleiter bestimmt, aber sie hat nur wenige Eigenschaften wie folgt.

• Halbleiter haben einen spezifischen Widerstand, der geringer als bei Isolatoren und höher als bei Leitern ist.

• Halbleiter haben einen negativen Temperaturkoeffizienten. Der Widerstand in Halbleitern nimmt mit sinkender Temperatur zu und umgekehrt.

• Die Leitfähigkeitseigenschaften eines Halbleiters ändern sich, wenn eine geeignete metallische Verunreinigung hinzugefügt wird, was eine sehr wichtige Eigenschaft ist.

Halbleiterbauelemente werden häufig auf dem Gebiet der Elektronik eingesetzt. Der Transistor hat die sperrigen Vakuumröhren ersetzt, wodurch die Größe und die Kosten der Geräte verringert wurden, und diese Revolution hat ihr Tempo weiter erhöht, was zu neuen Erfindungen wie der integrierten Elektronik führte. Die folgende Abbildung zeigt die Klassifizierung von Halbleitern.

Leitung in Halbleitern

Nachdem wir einige Kenntnisse über die Elektronen hatten, erfuhren wir, dass die äußerste Schale die hat valence electronsdie lose an den Kern gebunden sind. Bei einem solchen Atom, das Valenzelektronen hat, wenn es dem anderen Atom nahe gebracht wird, verbinden sich die Valenzelektronen dieser beiden Atome zu „Electron pairs”. Diese Bindung ist nicht so stark und daher ist es eineCovalent bond.

Zum Beispiel hat ein Germaniumatom 32 Elektronen. 2 Elektronen im ersten Orbit, 8 im zweiten Orbit, 18 im dritten Orbit und 4 im letzten Orbit. Diese 4 Elektronen sind Valenzelektronen des Germaniumatoms. Diese Elektronen neigen dazu, sich mit Valenzelektronen benachbarter Atome zu verbinden, um die Elektronenpaare zu bilden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Schaffung eines Lochs

Aufgrund der dem Kristall zugeführten Wärmeenergie neigen einige Elektronen dazu, sich von ihrem Platz zu entfernen und die kovalenten Bindungen aufzubrechen. Diese gebrochenen kovalenten Bindungen führen zu freien Elektronen, die zufällig wandern. Aber diemoved away electrons schafft einen leeren Raum oder eine Valenz dahinter, die als a bezeichnet wird hole.

Dieses Loch, das ein fehlendes Elektron darstellt, kann als positive Einheitsladung betrachtet werden, während das Elektron als negative Einheitsladung betrachtet wird. Die freigesetzten Elektronen bewegen sich zufällig, aber wenn ein externes elektrisches Feld angelegt wird, bewegen sich diese Elektronen in entgegengesetzter Richtung zum angelegten Feld. Die Löcher, die durch das Fehlen von Elektronen entstehen, bewegen sich jedoch in Richtung des angelegten Feldes.

Lochstrom

Es versteht sich bereits, dass beim Aufbrechen einer kovalenten Bindung ein Loch entsteht. Tatsächlich besteht eine starke Tendenz des Halbleiterkristalls, eine kovalente Bindung zu bilden. Ein Loch existiert also nicht in einem Kristall. Dies kann besser durch die folgende Abbildung verstanden werden, die ein Halbleiterkristallgitter zeigt.

Wenn ein Elektron von einem Ort A verschoben wird, wird ein Loch gebildet. Aufgrund der Tendenz zur Bildung einer kovalenten Bindung wird ein Elektron von B nach A verschoben. Um die kovalente Bindung bei B wieder auszugleichen, wird ein Elektron von C nach B verschoben. Dies baut weiterhin einen Pfad auf. Diese Bewegung des Lochs in Abwesenheit eines angelegten Feldes ist zufällig. Wenn jedoch ein elektrisches Feld angelegt wird, driftet das Loch entlang des angelegten Feldes, das das bildethole current. Dies wird als Lochstrom, aber nicht als Elektronenstrom bezeichnet, da die Bewegung der Löcher zum Stromfluss beiträgt.

Elektronen und Löcher können sich in zufälliger Bewegung begegnen, um Paare zu bilden. Diese Rekombination führt zur Freisetzung von Wärme, die eine weitere kovalente Bindung aufbricht. Wenn die Temperatur ansteigt, nimmt die Erzeugungsrate von Elektronen und Löchern zu, wodurch die Rekombinationsrate zunimmt, was zu einer Zunahme der Dichte von Elektronen und Löchern führt. Infolgedessen nimmt die Leitfähigkeit des Halbleiters zu und der spezifische Widerstand ab, was den negativen Temperaturkoeffizienten bedeutet.

Eigenhalbleiter

Ein Halbleiter in seiner extrem reinen Form soll ein sein intrinsic semiconductor. Die Eigenschaften dieses reinen Halbleiters sind wie folgt:

• Die Elektronen und Löcher werden ausschließlich durch thermische Anregung erzeugt.
• Die Anzahl der freien Elektronen entspricht der Anzahl der Löcher.
• Die Leitfähigkeit ist bei Raumtemperatur gering.

Um die Leitfähigkeit des intrinsischen Halbleiters zu erhöhen, ist es besser, einige Verunreinigungen hinzuzufügen. Dieser Vorgang des Hinzufügens von Verunreinigungen wird als bezeichnetDoping. Dieser dotierte intrinsische Halbleiter wird nun als extrinsischer Halbleiter bezeichnet.

Doping

Das Hinzufügen von Verunreinigungen zu den Halbleitermaterialien wird als Dotierung bezeichnet. Die zugesetzten Verunreinigungen sind im allgemeinen fünfwertige und dreiwertige Verunreinigungen.

Pentavalent Impurities

• Das pentavalentVerunreinigungen sind diejenigen, die fünf Valenzelektronen in der äußersten Umlaufbahn haben. Beispiel: Wismut, Antimon, Arsen, Phosphor

• Das fünfwertige Atom heißt a donor atom weil es ein Elektron an das Leitungsband eines reinen Halbleiteratoms abgibt.

Trivalent Impurities

• Das trivalentVerunreinigungen sind diejenigen, die drei Valenzelektronen in der äußersten Umlaufbahn haben. Beispiel: Gallium, Indium, Aluminium, Bor

• Das dreiwertige Atom heißt als acceptor atom weil es ein Elektron vom Halbleiteratom akzeptiert.

Extrinsischer Halbleiter

Ein unreiner Halbleiter, der durch Dotieren eines reinen Halbleiters gebildet wird, wird als bezeichnet extrinsic semiconductor. Abhängig von der Art der hinzugefügten Verunreinigung gibt es zwei Arten von extrinsischen Halbleitern. Sie sind extrinsische Halbleiter vom N-Typ und extrinsische Halbleiter vom P-Typ.

Extrinsischer Halbleiter vom N-Typ

Eine kleine Menge fünfwertiger Verunreinigungen wird einem reinen Halbleiter zugesetzt, um einen extrinsischen Halbleiter vom N-Typ zu erhalten. Die hinzugefügte Verunreinigung hat 5 Valenzelektronen.

Wenn beispielsweise dem Germaniumatom ein Arsenatom hinzugefügt wird, werden vier der Valenzelektronen an die Ge-Atome gebunden, während ein Elektron als freies Elektron verbleibt. Dies ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Alle diese freien Elektronen bilden einen Elektronenstrom. Daher liefert die Verunreinigung, wenn sie zu reinem Halbleiter gegeben wird, Elektronen zur Leitung.

• In extrinsischen Halbleitern vom N-Typ sind die Elektronen Majoritätsträger und die Löcher Minoritätsträger, da die Leitung durch Elektronen erfolgt.

• Da keine positiven oder negativen Ladungen hinzugefügt werden, sind die Elektronen elektrisch neutral.

• Wenn ein elektrisches Feld an einen Halbleiter vom N-Typ angelegt wird, zu dem eine fünfwertige Verunreinigung hinzugefügt wird, wandern die freien Elektronen in Richtung der positiven Elektrode. Dies wird als negative Leitfähigkeit oder Leitfähigkeit vom N-Typ bezeichnet.

Extrinsischer Halbleiter vom P-Typ

Eine kleine Menge dreiwertiger Verunreinigungen wird zu einem reinen Halbleiter gegeben, um einen extrinsischen Halbleiter vom P-Typ zu ergeben. Die hinzugefügte Verunreinigung hat 3 Valenzelektronen. Wenn zum Beispiel dem Germaniumatom ein Boratom hinzugefügt wird, werden drei der Valenzelektronen an die Ge-Atome gebunden, um drei kovalente Bindungen zu bilden. Ein weiteres Elektron in Germanium bleibt jedoch ohne Bindung. Da im Bor kein Elektron mehr vorhanden ist, um eine kovalente Bindung zu bilden, wird der Raum als Loch behandelt. Dies ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Borverunreinigung liefert, wenn sie in einer kleinen Menge zugesetzt wird, eine Anzahl von Löchern, die bei der Leitung helfen. Alle diese Löcher bilden einen Lochstrom.

• In extrinsischen Halbleitern vom P-Typ sind die Löcher, da die Leitung durch Löcher stattfindet, Majoritätsträger, während die Elektronen Minoritätsträger sind.

• Die hier hinzugefügte Verunreinigung liefert Löcher, die als bezeichnet werden acceptors, weil sie Elektronen von den Germaniumatomen aufnehmen.

• Da die Anzahl der beweglichen Löcher gleich der Anzahl der Akzeptoren bleibt, bleibt der Ptype-Halbleiter elektrisch neutral.

• Wenn ein elektrisches Feld an einen Halbleiter vom P-Typ angelegt wird, zu dem eine dreiwertige Verunreinigung hinzugefügt wird, bewegen sich die Löcher in Richtung der negativen Elektrode, jedoch langsamer als Elektronen. Dies wird als Leitfähigkeit vom P-Typ bezeichnet.

• Bei dieser Leitfähigkeit vom P-Typ bewegen sich die Valenzelektronen im Gegensatz zum N-Typ von einer kovalenten Bindung zur anderen.

Warum wird Silizium in Halbleitern bevorzugt?

Unter den Halbleitermaterialien wie Germanium und Silizium ist das am häufigsten verwendete Material zur Herstellung verschiedener elektronischer Komponenten Silicon (Si). Silizium wird aus vielen Gründen gegenüber Germanium bevorzugt, wie z.

• Die Energiebandlücke beträgt 0,7ev, während sie für Germanium 0,2ev beträgt.

• Die Erzeugung von Wärmepaaren ist kleiner.

• Die Bildung einer SiO2-Schicht ist für Silizium einfach, was bei der Herstellung vieler Komponenten zusammen mit der Integrationstechnologie hilft.

• Si ist in der Natur leicht zu finden als Ge.

• Bei Bauteilen aus Si ist das Rauschen geringer als bei Ge.

Daher wird Silizium bei der Herstellung vieler elektronischer Komponenten verwendet, die zur Herstellung verschiedener Schaltungen für verschiedene Zwecke verwendet werden. Diese Komponenten haben individuelle Eigenschaften und besondere Verwendungszwecke.

Die wichtigsten elektronischen Komponenten umfassen: Widerstände, variable Widerstände, Kondensatoren, variable Kondensatoren, Induktivitäten, Dioden, Tunneldioden, Varaktordioden, Transistoren, BJTs, UJTs, FETs, MOSFETs, LDR, LED, Solarzellen, Thermistor, Varistor, Transformator, Schalter , Relais usw.

Hall Effect wurde nach benannt Edwin Hall, sein Entdecker. Dies ist etwas ähnlich zu Flemings Regel für die rechte Hand. Wenn ein stromführender LeiterI liegt in einem transversalen Magnetfeld Bein elektrisches Feld E wird im Leiter senkrecht zu beiden induziert I und B. Dieses Phänomen wird als bezeichnetHall Effect.

Erläuterung

Wenn ein stromführender Leiter in ein transversales Magnetfeld gebracht wird, übt dieses Magnetfeld einen gewissen Druck auf die Elektronen aus, die einen gekrümmten Weg nehmen, um ihre Reise fortzusetzen. Der Leiter mit angelegter Energie ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Das Magnetfeld wird ebenfalls angezeigt.

Während sich Elektronen durch den Leiter bewegen, der in einem Magnetfeld B liegt, erfahren die Elektronen eine Magnetkraft. Diese Magnetkraft bewirkt, dass sich die Elektronen nahe an einer Seite als an der anderen bewegen. Dies erzeugt auf der einen Seite eine negative Ladung und auf der anderen eine positive Ladung, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Diese Ladungstrennung erzeugt eine Spannungsdifferenz, die als bekannt ist Hall Voltage or Hall EMF. Die Spannung baut sich auf, bis das elektrische Feld eine elektrische Kraft auf die Ladung erzeugt, die der Magnetkraft gleich und entgegengesetzt ist. Dieser Effekt ist bekannt alsHall Effect.

$$\overrightarrow{F_{magnetic}}\:\:=\:\:\overrightarrow{F_{Electric}}\:\:=\:\:q\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:=\:\:q\:\:\overrightarrow{E_{H}}$$

V _D ist die Geschwindigkeit, die jedes Elektron erfährt

$\overrightarrow{E_{H}}\:\:=\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:$ Da V = Ed

Wobei q = Ladungsmenge

$\overrightarrow{B}$ = das Magnetfeld

$\overrightarrow{V_{D}}$ = die Driftgeschwindigkeit

$\overrightarrow{E_{H}}$ = der elektrische Effekt der Halle

d = Abstand zwischen den Ebenen in einem Leiter (Breite des Leiters)

$$V_{H}\:\:=\:\:\varepsilon_{H}\:\:=\:\:\overrightarrow{E_{H}}\:\:d\:\:=\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:d$$

$$\varepsilon_{H}\:\:=\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:d$$

Dies ist die Halle EMF

Verwendet

Der Hall-Effekt wird verwendet, um Informationen über den Halbleitertyp, das Vorzeichen von Ladungsträgern, zur Messung der Elektronen- oder Lochkonzentration und der Mobilität zu erhalten. Dadurch können wir auch erkennen, ob das Material ein Leiter, ein Isolator oder ein Halbleiter ist. Es wird auch verwendet, um die magnetische Flussdichte und Leistung in einer elektromagnetischen Welle zu messen.

Arten von Strömen

In Bezug auf die Arten von Strömen in Halbleitern müssen zwei Begriffe diskutiert werden. Sie sindDiffusion Current und Drift Current.

Diffusionsstrom

Wenn dotiert wird, tritt ein Unterschied in der Konzentration von Elektronen und Löchern auf. Diese Elektronen und Löcher neigen dazu, von einer höheren Konzentration der Ladungsdichte zu einem niedrigeren Konzentrationsniveau zu diffundieren. Da es sich um Ladungsträger handelt, handelt es sich um einen angerufenen Stromdiffusion current.

Um dies im Detail zu erfahren, betrachten wir ein Material vom Typ N und ein Material vom Typ P.

• Material vom N-Typ hat Elektronen als Majoritätsträger und wenige Löcher als Minoritätsträger.

• Material vom P-Typ hat Löcher als Majoritätsträger und wenige Elektronen als Minoritätsträger.

Wenn diese beiden Materialien zu nahe beieinander gebracht werden, um sich zu verbinden, neigen wenige Elektronen aus dem Valenzband des Materials vom N-Typ dazu, sich in Richtung P-Typ-Material zu bewegen, und wenige Löcher aus dem Valenzband aus P-Typ-Material dazu, sich in Richtung zu bewegen Material vom Typ N. Der Bereich zwischen diesen beiden Materialien, in dem diese Diffusion stattfindet, wird als bezeichnetDepletion region.

Daher kann der Strom, der aufgrund der Diffusion dieser Elektronen und Löcher ohne Anwendung jeglicher äußerer Energie gebildet wird, als bezeichnet werden Diffusion Current.

Driftstrom

Der Strom, der aufgrund der Drift (Bewegung) geladener Teilchen (Elektronen oder Löcher) aufgrund des angelegten elektrischen Feldes gebildet wird, wird als bezeichnet Drift Current. Die folgende Abbildung erklärt den Driftstrom, ob das angelegte elektrische Feld den Unterschied ausmacht.

Die Menge des Stromflusses hängt von der angelegten Ladung ab. Durch diesen Driftstrom wird auch die Breite des Verarmungsbereichs beeinflusst. Um eine Komponente in einem aktiven Schaltkreis funktionsfähig zu machen, spielt dieser Driftstrom eine wichtige Rolle.

Widerstand ist das Wort, das "sich widersetzen" bedeutet. Resistanceist die Eigenschaft, dem Elektronenfluss in einem Leiter oder einem Halbleiter entgegenzuwirken. Ein Widerstand ist eine elektronische Komponente, die die Eigenschaft eines Widerstands besitzt.

Symbol und Einheiten

Das Symbol für einen Widerstand ist wie unten gezeigt.

Die Widerstandseinheiten sind Ohms, was durch Ω (Omega) angezeigt wird.

Die Formel für den Widerstand lautet

R = V/I

Wo V ist Spannung und Iist aktuell. Es wäre wirklich schwierig, die Widerstände mit jedem Wert herzustellen. Daher werden nur wenige Werte gewählt und die Widerstände solcher Werte werden nur hergestellt. Diese werden als „Preferred Values”. In der Praxis werden die Widerstände mit nahen Werten so ausgewählt, dass sie den erforderlichen Anwendungen entsprechen. So sieht ein praktischer Widerstand aus -

Farbkodierung

Ein Prozess namens color codingwird verwendet, um den Widerstandswert für einen Widerstand zu bestimmen, wie in der obigen Abbildung gezeigt. Ein Widerstand ist mit vier Farbbändern beschichtet, wobei jede Farbe einen bestimmten Wert bestimmt. Die folgende Tabelle zeigt eine Liste von Werten, die jede Farbe angibt.

FARBE	ZIFFER	MULTIPLIKATOR	TOLERANZ
Schwarz	0	10 0 = 1
Braun	1	10 1 = 10	1
rot	2	10 2 = 100	2
Orange	3	10 3 = 1000
Gelb	4	10 4 = 10000
Grün	5	10 5 = 100000	0,5
Blau	6	10 6 = 1000000	0,25
Violett	7	10 7 = 10000000	0,1
Grau	8	10 8 = 100000000
Weiß	9	10 9 = 1000000000
Gold		10 -1 = 0,1	5
Silber		10 -2 = 0,01	10
(keiner)			20

Die ersten beiden Farbbänder geben die erste und zweite Ziffer des Werts an, und das dritte Farbband gibt den Multiplikator an (Anzahl der hinzugefügten Nullen). Das vierte Farbband gibt den Toleranzwert an.

Toleranceist der Wertebereich, bis zu dem ein Widerstand standhalten kann, ohne zerstört zu werden. Dies ist ein wichtiger Faktor. Die folgende Abbildung zeigt, wie der Wert eines Widerstands durch den Farbcode bestimmt wird.

Die fünf Farbbandwiderstände werden mit einer Toleranz von 2% und 1% sowie für andere hochgenaue Widerstände hergestellt. In diesen fünf Bandwiderständen stehen die ersten drei Bänder für Ziffern, das vierte für Multiplikator und das fünfte für Toleranz.

Schauen wir uns ein Beispiel an, um den Farbcodierungsprozess zu verstehen.

Example 1 - Bestimmen Sie den Wert eines Widerstands mit den Farbcodes Gelb, Blau, Orange und Silber.

Solution- Der Wert von Gelb ist 4, Blau ist 6, Orange ist 3, was einen Multiplikator darstellt. Silber ist ± 10, was der Toleranzwert ist.

Daher beträgt der Wert des Widerstands 46 × 10 ³ = 46 kΩ

Der maximale Widerstandswert für diesen Widerstand beträgt

46 kΩ oder 46000 Ω + 10% = 46000 + 4600 = 50600 Ω = 50,6 kΩ

Der minimale Widerstandswert für diesen Widerstand beträgt

46 kΩ oder 46000 Ω - 10% = 46000 - 4600 = 41400 Ω = 41,4 kΩ

Nachdem wir verschiedene Details zu Widerständen durchgearbeitet haben, müssen wir einige Begriffe lernen. Außerdem müssen wir uns für einige Arten von Verbindungen mit unterschiedlichen Verhaltensweisen eines Widerstands befassen.

Wichtige Begriffe

Es gibt einige Begriffe, die wir diskutieren müssen, bevor wir auf die Art der Widerstände eingehen, die wir haben. Man muss sich in dieser Phase mit diesen Begriffen vertraut machen und kann sie verstehen, wenn wir weiter vorankommen.

Widerstand

Der Widerstand ist die Eigenschaft eines Widerstands, der dem Stromfluss entgegenwirkt. Wenn Wechselstrom durch einen Widerstand fließt, wird ein Spannungsabfall erzeugt, der mit dem Strom in Phase ist.

• Indikation - R

• Einheiten - Ohms

• Symbol - Ω

Neben dem Widerstand gibt es andere wichtige Begriffe, die als Reaktanz und Impedanz bezeichnet werden.

Reaktanz

Der Widerstand, der dem Wechselstrom aufgrund der in der Schaltung vorhandenen Kapazitäten und Induktivitäten geboten wird, kann als Reaktanz verstanden werden. Wenn Wechselstrom eine reine Reaktanz durchläuft, wird ein Spannungsabfall erzeugt, der um 90 ° phasenverschoben zum Strom ist.

Abhängig von der Phase, dh + 90 ° oder -90 °, kann die Reaktanz als induktive Reaktanz oder kapazitive Reaktanz bezeichnet werden.

• Indikation - X

• Einheiten - Ohms

• Symbol - Ω

Impedanz

Die Impedanz ist der effektive Widerstand gegen Wechselstrom, der sich aus den kombinierten Effekten von ohmschem Widerstand und Reaktanz ergibt. Wenn Wechselstrom eine Impedanz durchläuft, wird ein Spannungsabfall erzeugt, der irgendwo zwischen 0 ° und 90 ° phasenverschoben zum Strom liegt.

• Indikation - I

• Einheiten - Ohms

• Symbol - Ω

Leitfähigkeit

Dies ist die Fähigkeit eines Materials, Elektrizität zu leiten. Es ist das Gegenteil von Widerstand.

• Indikation - G

• Einheiten - Mhos

• Symbol - ℧

Wenn ein Widerstand in einer Schaltung angeschlossen ist, kann diese Verbindung entweder seriell oder parallel sein. Lassen Sie uns nun wissen, was mit den Gesamtwerten für Strom, Spannung und Widerstand geschehen wird, wenn sie auch in Reihe geschaltet werden, wenn sie parallel geschaltet werden.

Widerstände in Reihe

Beobachten wir, was passiert, wenn nur wenige Widerstände in Reihe geschaltet sind. Betrachten wir drei Widerstände mit unterschiedlichen Werten, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Widerstand

Der Gesamtwiderstand einer Schaltung mit Vorwiderständen ist gleich der Summe der Einzelwiderstände. Das heißt, in der obigen Abbildung gibt es drei Widerstände mit den Werten 1 kΩ, 5 kΩ bzw. 9 kΩ.

Der Gesamtwiderstandswert des Widerstandsnetzwerks beträgt -

$$R\:\:=\:\:R_{1}\:+\:R_{2}\:+\:R_{3}$$

Dies bedeutet, dass 1 + 5 + 9 = 15 kΩ der Gesamtwiderstand ist.

Wobei R ₁ der Widerstand von 1 ^st Widerstand, R ₂ der Widerstand von 2 ^nd Widerstand und R ₃ der Widerstandswert des 3 ^rd Widerstands in dem Widerstandsnetzwerk über.

Stromspannung

Die Gesamtspannung, die über einem Netzwerk von Vorwiderständen auftritt, ist die Addition von Spannungsabfällen an jedem einzelnen Widerstand. In der obigen Abbildung haben wir drei verschiedene Widerstände, die in jeder Stufe drei verschiedene Werte für Spannungsabfälle haben.

Gesamtspannung, die im Stromkreis auftritt -

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:+\:V_{2}\:+\:V_{3}$$

Dies bedeutet, dass 1 V + 5 V + 9 V = 15 V die Gesamtspannung ist.

Wobei V ₁ der Spannungsabfall von 1 ^st Widerstand, V ₂ ist der Spannungsabfall von 2 ^nd Widerstand und V ₃ ist der Spannungsabfall von 3 ^rd Widerstand in dem Widerstandsnetzwerk über.

Aktuell

Die Gesamtstrommenge, die durch einen Satz in Reihe geschalteter Widerstände fließt, ist an allen Punkten im gesamten Widerstandsnetzwerk gleich. Daher ist der Strom gleich 5 A, wenn er am Eingang oder an einem beliebigen Punkt zwischen den Widerständen oder sogar am Ausgang gemessen wird.

Strom durch das Netzwerk -

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:=\:I_{2}\:=\:I_{3}$$

Dies bedeutet, dass der Strom an allen Punkten 5A beträgt.

Wo I ₁ der Strom durch den 1 ^st Widerstand, I ₂ ist der Strom durch den 2 ^nd Widerstand und I ₃ ist der Strom durch den 3 ^rd Widerstand in dem Widerstandsnetzwerk über.

Widerstände parallel

Beobachten wir, was passiert, wenn nur wenige Widerstände parallel geschaltet sind. Betrachten wir drei Widerstände mit unterschiedlichen Werten, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Widerstand

Der Gesamtwiderstand einer Schaltung mit Parallelwiderständen wird anders als bei der Vorwiderstandsnetzwerkmethode berechnet. Hier wird der reziproke (1 / R) Wert einzelner Widerstände mit der Umkehrung der algebraischen Summe addiert, um den Gesamtwiderstandswert zu erhalten.

Der Gesamtwiderstandswert des Widerstandsnetzwerks beträgt -

$$\frac{1}{R}\:\:=\:\:\frac{1}{R_{1}}\:\:+\:\:\frac{1}{R_{2}}\:\:+\frac{1}{R_{3}}$$

Wobei R ₁ der Widerstand von 1 ^st Widerstand, R ₂ der Widerstand von 2 ^nd Widerstand und R ₃ der Widerstandswert des 3 ^rd Widerstands in dem Widerstandsnetzwerk über.

Wenn zum Beispiel die Widerstandswerte des vorherigen Beispiels berücksichtigt werden, bedeutet dies R ₁ = ₁ KΩ, R ₂ = 5 KΩ und R ₃ = 9 KΩ. Der Gesamtwiderstand des Parallelwiderstandsnetzwerks beträgt -

$$\frac{1}{R}\:\:=\:\:\frac{1}{1}\:\:+\:\:\frac{1}{5}\:\:+\frac{1}{9}$$

$$=\:\:\frac{45\:\:+\:\:9\:\:+\:\:5}{45}\:\:=\:\:\frac{59}{45}$$

$$R\:\:=\:\:\frac{45}{59}\:\:=\:\:0.762K\Omega\:\:=\:\:76.2\Omega$$

Aus der Methode zur Berechnung des Parallelwiderstands können wir eine einfache Gleichung für das Parallelnetzwerk mit zwei Widerständen ableiten. Es ist -

$$R\:\:=\:\:\frac{R_{1}\:\:\times\:\:R_{2}}{R_{1}\:\:+\:\:R_{2}}\:$$

Stromspannung

Die Gesamtspannung, die in einem Netzwerk mit parallelen Widerständen auftritt, entspricht dem Spannungsabfall bei jedem einzelnen Widerstand.

Die Spannung, die im Stromkreis auftritt -

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:=\:V_{2}\:=\:V_{3}$$

Wobei V ₁ der Spannungsabfall von 1 ^st Widerstand, V ₂ ist der Spannungsabfall von 2 ^nd Widerstand und V ₃ ist der Spannungsabfall von 3 ^rd Widerstand in dem Widerstandsnetzwerk über. Daher ist die Spannung an allen Punkten eines parallelen Widerstandsnetzwerks gleich.

Aktuell

Die Gesamtstrommenge, die in ein paralleles Widerstandsnetzwerk eintritt, ist die Summe aller einzelnen Ströme, die in allen parallelen Zweigen fließen. Der Widerstandswert jedes Zweigs bestimmt den Wert des Stroms, der durch ihn fließt. Der Gesamtstrom durch das Netzwerk beträgt

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:+\:I_{2}\:+\:I_{3}$$

Wo I ₁ der Strom durch den 1 ^st Widerstand, I ₂ ist der Strom durch den 2 ^nd Widerstand und I ₃ ist der Strom durch den 3 ^rd Widerstand in dem Widerstandsnetzwerk über. Daher erhält die Summe der einzelnen Ströme in verschiedenen Zweigen den Gesamtstrom in einem parallelen Widerstandsnetzwerk.

Ein Widerstand wird insbesondere als Last im Ausgang vieler Schaltungen verwendet. Wenn die ohmsche Last überhaupt nicht verwendet wird, wird ein Widerstand vor eine Last gestellt. Der Widerstand ist normalerweise eine Grundkomponente in jeder Schaltung.

Es gibt viele Arten von Widerständen, je nach Art des verwendeten Materials, Herstellungsverfahren und deren Anwendung. Die Klassifizierung ist wie folgt.

Lineare Widerstände haben lineare VI-Eigenschaften und nichtlineare Widerstände haben nichtlineare VI-Eigenschaften. Nichtlineare Widerstände sind die Widerstände, deren Spannungs- und Stromeigenschaften nichtlinear variieren. Die Spannungs- und Stromwerte variieren in Abhängigkeit von anderen Faktoren wie Temperatur und Licht, sind jedoch möglicherweise nicht linear.

Thermistor

Thermisch bedeutet Temperatur. Bei diesem Widerstand variiert der Widerstand mit der Temperatur. Wenn die Wärme zunimmt, nimmt der Widerstand ab und umgekehrt. Dies wird zu Mess- und Steuerzwecken verwendet.

Die Haupttypen von Thermistoren sind NTC und PTC.

• NTC ist Negative Temperature Coefficientund in solchen Vorrichtungen nimmt der Widerstand mit zunehmender Temperatur ab. Diese dienen zum Schutz der Geräte vor Überspannungsbedingungen.

• PTC ist Positive Temperature Coefficientund in solchen Vorrichtungen steigt der Widerstand mit steigender Temperatur. Diese dienen zum Schutz der Geräte vor Überstrom.

Die folgende Abbildung zeigt einen NTC-Thermistor zusammen mit seinem Symbol.

Fotowiderstand

Foto bedeutet Licht. Bei diesem Widerstand variiert der Widerstand mit dem Licht. Mit zunehmendem Licht nimmt der Widerstand ab und umgekehrt. Dies wird auch zu Mess- und Steuerzwecken verwendet. Es wird auch als bezeichnetLDR (Lichtabhängiger Widerstand)

Varistoren

Der Widerstand eines Varistors variiert mit der angelegten Spannung. Wenn die Spannung zunimmt, nimmt der Widerstand ab, und wenn die Spannung abnimmt, nimmt der Widerstand zu. Es wird auch als bezeichnetVDR (Spannungsabhängiger Widerstand).

Oberflächenmontage

Diese werden seit Einführung der Oberflächenmontagetechnologie stark genutzt. Diese können als bezeichnet werdenchip resistorsDies bedeutet eine Widerstandsschicht, die auf einem Keramikchip integriert ist.

Diese oberflächenmontierten Widerstände sind im Vergleich zu normalen Widerständen sehr klein und nehmen daher weniger Platz ein. Sie sind wirksam und geben weniger Wärme ab. Die Erfindung dieser Widerstände hat das Aussehen einer Leiterplatte (Printed Circuit Board) verändert und ihre Größe stark reduziert.

Die Vorteile von oberflächenmontierten Widerständen sind -

• Diese sind kompakt.
• Diese sind sehr stabil.
• Sie haben eine gute Toleranz.
• Sie reduzieren wirksam die Wärmeableitung.

Die folgende Abbildung zeigt die Bilder von oberflächenmontierten Widerständen.

Ein linearer Widerstand ist ein Widerstand, dessen Widerstand sich nicht mit dem Stromfluss durch ihn ändert. Der Strom durch ihn ist immer proportional zu der an ihn angelegten Spannung. Lineare Widerstände werden weiter klassifiziert alsFixed and Variable resistors.

Variable Widerstände

Variable Widerstände sind solche, deren Werte je nach Anforderung manuell variiert werden können. Ein bestimmter Widerstandswert wird aus einem Bereich von Widerstandswerten mit Hilfe einer angeschlossenen Welle ausgewählt. Das Symbol eines variablen Widerstands ist wie folgt.

Diese Widerstände werden mit Hilfe unserer Klassifizierung besser verstanden. Variable Widerstände sind weiter unterteilt in Potentiometer, Rheostate und Trimmer.

Potentiometer

Ein Potentiometer wird einfach als bezeichnet Pot. Dies ist ein dreipoliger Widerstand mit einer Welle, die gleitet oder sich dreht. Diese Welle bildet im Betrieb einen einstellbaren Spannungsteiler. Die folgende Abbildung zeigt ein Bild eines Potentiometers.

Ein Potentiometer misst auch die potential difference(Spannung) in einem Stromkreis. Ein Pfad aus Widerstandsmaterial mit einem Widerstand von niedrigem bis hohem Wert wird intern verlegt und ein Abstreifer wird so platziert, dass er das Widerstandsmaterial mit der Schaltung verbindet. Dies wird hauptsächlich als Lautstärkeregler in Fernsehgeräten und Musiksystemen verwendet.

Rheostat

Ein Rheostat kann einfach als Drahtwiderstand bezeichnet werden. EINResistive wireist fest um einen isolierenden Keramikkern gewickelt. EINWipergleitet über diese Wicklungen. Eine Verbindung wird zu einem Ende des Widerstandsdrahtes hergestellt und die zweite Verbindung wird zum Abstreifer oder zum Gleitkontakt hergestellt, um den gewünschten Widerstand zu erhalten.

Der Rheostat ist es gewohnt control current. Diese werden hauptsächlich bei der Drehzahlregelung schwerer Motoren eingesetzt. Der dadurch erhaltene Widerstand liegt in der Größenordnung vonkilo ohms. Rheostate sind meistens als Einzelrohr- und Doppelrohr-Rheostate erhältlich, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Als variabler Widerstand werden sie häufig zur Abstimmung und Kalibrierung in Schaltkreisen verwendet. Heutzutage wurde die Verwendung von Rheostaten durch das Umschalten elektronischer Geräte ersetzt, da Rheostate eine geringere Effizienz aufweisen.

Trimmer

Der Trimmer ist sowohl ein variabler Widerstand als auch ein Potentiometer (misst die Potentialdifferenz). Dieses Trimmerpotentiometer wird kurz als bezeichnetTrim Pot. Wenn diese als variable Widerstände verwendet werden, werden sie als voreingestellte Widerstände bezeichnet.

Es gibt verschiedene Arten von Trimmtöpfen, z. B. Single Turn oder Multi Turn. Dies sind kleine variable Widerstände, die zur Abstimmung und Kalibrierung verwendet werden. Ihre Lebensdauer ist kürzer als bei anderen variablen Widerständen.

Festwiderstände sind eine Art von linearen Widerständen. Ein Widerstand wird als fester Widerstand bezeichnet, wenn sein Wert fest ist. Der Wert des Festwiderstands kann nicht wie bei einem variablen Widerstand variiert werden, da sein Wert zum Zeitpunkt der Herstellung selbst bestimmt wird. Die folgenden Abbildungen zeigen das Symbol eines Festwiderstands.

Die Festwiderstände werden abhängig von ihren Herstellungsprozessen und den bei ihrer Herstellung verwendeten Materialien in verschiedene Typen eingeteilt. Die Klassifizierung ist wie folgt.

Kohlenstoffzusammensetzung

Die Kohlenstoffzusammensetzungswiderstände sind eine Mischung aus Kohlenstoffpartikeln, Graphit und Keramikstaub, gemischt mit einer Bindemittelsubstanz wie Ton. Diese Mischung wird mit hohem Druck und hoher Temperatur behandelt. Nachdem das Ganze in einem Gehäuse geformt wurde, werden die Leitungen fixiert.

• Die thermische Masse des Widerstands der Kohlenstoffzusammensetzung ist höher, um hochenergetischen Impulsen standzuhalten.

• Diese Widerstände weisen eine geringe Stabilität und ein hohes Rauschen auf, was ein Nachteil ist.

Die folgende Abbildung zeigt ein Bild des Widerstands der Kohlenstoffzusammensetzung.

Widerstände aus der Kohlenstoffzusammensetzung werden in Überspannungsschutz-, Strombegrenzungs- und Hochspannungsnetzteilen verwendet.

Draht gewickelt

Ein drahtgewickelter Widerstand wird gebildet, indem ein Draht, der aus einem Widerstandsmaterial besteht, um einen Kern gewickelt wird. Der Metallkern wirkt als nichtleitendes Material, während der Widerstandsdraht leitet, jedoch mit einem gewissen Widerstand. Das Bild eines drahtgewickelten Widerstands ist wie unten gezeigt.

Normalerweise wird ein Nichromdraht oder ein Manganindraht verwendet, um den Kern aufzuwickeln, da sie einen hohen Widerstand bieten. Während Kunststoff, Keramik oder Glas als Kern verwendet wird.

• Drahtgewickelte Widerstände sind sehr genau.
• Sie eignen sich hervorragend für niedrige Widerstandswerte und hohe Nennleistungen.

Dies sind die ältesten Arten von Festwiderständen, werden aber bereits jetzt verwendet.

Dicker Film

Die Filmwiderstände haben eine Widerstandsschicht auf einer Keramikbasis, deren Dicke den Typ definiert, zu dem sie gehören. Die Dicke der Widerstandsschicht auf Dickschichtwiderständen ist viel höher als bei Dünnschichtwiderständen. Dickschichtwiderstände werden hergestellt, indem eine spezielle Paste, eine Mischung aus Glas- und Metalloxiden, auf das Substrat gebrannt wird.

Es gibt drei Haupttypen von Dickschichtwiderständen wie Schmelzwiderstände, Cermet-Filmwiderstände und Metalloxidfilmwiderstände.

Schmelzwiderstände

Die Schmelzwiderstände ähneln Drahtwiderständen. Diese Widerstände wirken jedoch zusammen mit dem Widerstand als Sicherung. Das Bild eines Schmelzwiderstands ist wie unten gezeigt.

In diesem Widerstand fließt der Strom durch eine federbelastete Verbindung, die dicht am Widerstandskörper angeordnet ist. Der Klecks, der am Federdraht des Widerstands angebracht ist, nimmt die vom Widerstand aufgrund des Stromflusses erzeugte Wärme auf. Wenn diese Wärme erhöht wird, schmilzt die Befestigung am Klecks und öffnet die Verbindung.

Daher können wir sagen, dass diese Widerstände den Strom begrenzen. Wenn jedoch die Nennleistung des Stromkreises einen bestimmten Wert überschreitet, wirken diese Widerstände als Sicherung zum Öffnen oder Unterbrechen des Stromkreises. Der Wert dieser Widerstände beträgt normalerweise weniger als 10 Ohm. Diese Widerstände werden im Allgemeinen in Fernsehgeräten, Verstärkern und anderen teuren elektronischen Schaltungen verwendet.

Cermet Filmwiderstände

Die Cermet-Filmwiderstände sind die Filmwiderstände, die aus einem speziellen Material bestehen, das als bezeichnet wird Cermet. Cermet ist eine Verbundlegierung, die durch Kombinieren hergestellt wirdCeramic und Metal. Diese Kombination bietet die Vorteile dieser beiden Materialien wie Hochtemperaturbeständigkeit und Verschleißfestigkeit von Keramik sowie Flexibilität und elektrische Leitfähigkeit eines Metalls.

Eine Metallfilmschicht ist um ein Widerstandsmaterial gewickelt und in einem keramischen Metall- oder Cermet-Substrat fixiert. Es werden Kabel genommen, um die Verbindungen beim Befestigen auf einer Leiterplatte zu vereinfachen. Sie bieten eine hohe Stabilität, da die Temperatur ihre Leistung nicht beeinträchtigen kann.

Metalloxidfilmwiderstände

Ein Metalloxidfilmwiderstand wird durch Oxidieren eines dicken Zinnchloridfilms auf einem erhitzten Glasstab, der ein Substrat ist, gebildet. Sie haben eine hohe Temperaturstabilität und können bei hohen Spannungen eingesetzt werden. Diese Widerstände haben ein geringes Betriebsrauschen.

Metalloxidfilmwiderstände unterscheiden sich von Metallfilmwiderständen nur hinsichtlich der Art des beschichteten Films. Metal oxideist eine metallische Verbindung wie Zinn mit Sauerstoff unter Bildung von Zinnoxid, das als Film auf den Widerstand aufgetragen wird. Der spezifische Widerstand dieses Widerstands hängt von der Menge an Antimonoxid ab, die dem Widerstand zugesetzt wirdtin oxide.

Dünner Film

Dünnschichtwiderstände haben eine Widerstandsschicht mit einer Breite von 0,1 Mikrometern oder weniger auf der Keramikbasis. Dünnschichtwiderstände haben einen Metallfilm, der auf einem isolierenden Substrat im Vakuum abgeschieden wird.

Dünnschichtwiderstände sind genauer, haben einen besseren Temperaturkoeffizienten und sind stabiler. Die Dünnschichtwiderstände werden weiter in zwei Typen unterteilt, wie z.

• Kohlenstofffilmwiderstände
• Metallfilmwiderstände

Kohlefilmwiderstand

Ein Kohlenstofffilmwiderstand wird hergestellt, indem eine Kohlenstofffilmschicht auf einem Keramiksubstrat abgeschieden wird. Der Kohlenstofffilm wirkt als Widerstandsmaterial gegen den Strom und die Keramiksubstanz als Isoliersubstanz. An beiden Enden sind Metallkappen befestigt und Kupferleitungen herausgezogen.

Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau eines Kohlenstofffilmwiderstands.

Die Hauptvorteile dieser Widerstände sind ihre hohe Stabilität, ihr großer Betriebsbereich, ihr geringes Rauschen und ihre geringen Kosten. Die Kohlenstofffilmwiderstände sind aufgrund ihres geringen Rauschens gegenüber Widerständen mit Kohlenstoffzusammensetzung am meisten bevorzugt.

Metallfilmwiderstände

Die Filmbeschichtung macht den Unterschied zwischen Metalloxidfilmwiderständen und Metallfilmwiderständen. Ein dünner Film aus einer metallischen Substanz wie Nickelchrom wird verwendet, um den Widerstand in einem Metallfilmwiderstand zu beschichten, während ein Film aus Metalloxid wie Zinnoxid verwendet wird, um den Widerstand in einem Metalloxidwiderstand zu beschichten.

Metallfilmwiderstände haben einen niedrigen Temperaturwiderstandskoeffizienten, was bedeutet, dass der Widerstand weniger von der Temperatur beeinflusst wird.

Leistung

Wenn bei Verwendung eines Widerstands der Stromfluss zunimmt, gibt der Widerstand etwas Wärme ab. Wenn dieser Wert einen bestimmten kritischen Wert überschreitet, kann der Widerstand beschädigt werden. Die Nennleistung eines Widerstands wird auf einige höherwertige Widerstände gedruckt, um eine solche Situation zu vermeiden.

Die Leistung ist die in Watt ausgedrückte elektrische Leistung. Elektrische Energie ist die Übertragungsrate elektrischer Energie.

Leistung P = VI = I²R

Ein Kondensator ist eine passive Komponente, die die Energie in Form einer Potentialdifferenz zwischen ihren Platten speichern kann. Es widersteht einer plötzlichen Spannungsänderung. Die Ladung wird in Form einer Potentialdifferenz zwischen zwei Platten gespeichert, die sich je nach Richtung der Ladungsspeicherung positiv und negativ bilden.

Zwischen diesen beiden Platten befindet sich ein nichtleitender Bereich, der als bezeichnet wird dielectric. Dieses Dielektrikum kann Vakuum, Luft, Glimmer, Papier, Keramik, Aluminium usw. sein. Der Name des Kondensators wird durch das verwendete Dielektrikum angegeben.

Symbol und Einheiten

Die Standardeinheiten für die Kapazität sind Farad. Im Allgemeinen liegen die Werte der verfügbaren Kondensatoren in der Größenordnung von Mikrofarad, Pico-Farad und Nano-Farad. Das Symbol eines Kondensators ist wie folgt.

Die Kapazität eines Kondensators ist proportional zum Abstand zwischen den Platten und umgekehrt proportional zur Fläche der Platten. Je höher die Permittivität eines Materials ist, desto höher ist auch die Kapazität. Daspermittivityeines Mediums beschreibt, wie viel elektrischer Fluss pro Ladungseinheit in diesem Medium erzeugt wird. Das folgende Bild zeigt einige praktische Kondensatoren.

Wenn zwei Platten mit gleicher Fläche A und gleicher Breite mit einem Abstand d parallel zueinander angeordnet sind und wenn etwas Energie auf die Platten aufgebracht wird, kann die Kapazität dieses Parallelplattenkondensators als - bezeichnet werden

$$C\:\:=\:\:\frac{\varepsilon_{0}\:\:\varepsilon_{r}\:\:d}{A}$$

Wo

C = Kapazität eines Kondensators

$\varepsilon_{0}$ = Permittivität des freien Raums

$\varepsilon_{r}$ = Permittivität des dielektrischen Mediums

d = Abstand zwischen den Platten

A = Fläche der beiden leitenden Platten

Bei angelegter Spannung lagert sich die Ladung auf den beiden parallelen Platten des Kondensators ab. Diese Ladungsabscheidung erfolgt langsam, und wenn die Spannung am Kondensator der angelegten Spannung entspricht, stoppt das Laden, da die eintretende Spannung der austretenden Spannung entspricht.

Die Laderate hängt vom Kapazitätswert ab. Je größer der Kapazitätswert ist, desto langsamer ist die Spannungsänderungsrate in den Platten.

Arbeiten eines Kondensators

Ein Kondensator kann als passive Komponente mit zwei Anschlüssen verstanden werden, die elektrische Energie speichert. Diese elektrische Energie wird im elektrostatischen Feld gespeichert.

Anfangs sind die negativen und positiven Ladungen auf zwei Platten des Kondensators im Gleichgewicht. Es besteht keine Tendenz, dass ein Kondensator geladen oder entladen wird. Die negative Ladung wird durch die Ansammlung von Elektronen gebildet, während die positive Ladung durch die Abreicherung von Elektronen gebildet wird. Da dies ohne externe Ladung geschieht, ist dieser ZustandelectrostaticBedingung. Die folgende Abbildung zeigt den Kondensator mit statischen Ladungen.

Die Akkumulation und Verarmung von Elektronen gemäß den unterschiedlichen positiven und negativen Zyklen der Wechselstromversorgung kann als "Stromfluss" verstanden werden. Dies wird als bezeichnetDisplacement Current. Die Richtung dieses Stromflusses ändert sich ständig, da dies Wechselstrom ist.

Aufladen eines Kondensators

Wenn eine externe Spannung angelegt wird, wird die elektrische Ladung in elektrostatische Ladung umgewandelt. Dies geschieht, während der Kondensator aufgeladen wird. Das positive Potential der Versorgung zieht die Elektronen von der positiven Platte des Kondensators an und macht ihn positiver. Während das negative Potential der Versorgung die Elektronen auf die negative Platte des Kondensators drückt, wird dieser negativer. Die folgende Abbildung erklärt dies.

Während dieses Ladevorgangs bewegen sich die Elektronen durch die Gleichstromversorgung, jedoch nicht durch die dielectric das ist ein insulator. Diese Verschiebung ist groß, wenn der Kondensator zu laden beginnt, sich jedoch beim Laden verringert. Der Kondensator stoppt den Ladevorgang, wenn die Spannung am Kondensator der Versorgungsspannung entspricht.

Lassen Sie uns sehen, was mit dem Dielektrikum passiert, wenn der Kondensator zu laden beginnt.

Dielektrisches Verhalten

Wenn sich die Ladungen auf den Platten des Kondensators ablagern, wird ein elektrostatisches Feld gebildet. Die Stärke dieses elektrostatischen Feldes hängt von der Ladungsgröße auf der Platte und der Permittivität des dielektrischen Materials ab.Permittivity ist das Maß für das Dielektrikum, ob es die elektrostatischen Leitungen durchlässt.

Das Dielektrikum ist eigentlich ein Isolator. Es hat Elektronen in der äußersten Umlaufbahn der Atome. Beobachten wir, wie sie betroffen werden. Wenn sich auf den Platten keine Ladung befindet, bewegen sich die Elektronen im Dielektrikum in einer Kreisbahn. Dies ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Wenn eine Ladungsabscheidung stattfindet, neigen die Elektronen dazu, sich in Richtung der positiv geladenen Platte zu bewegen, drehen sich jedoch weiter, wie in der Abbildung gezeigt.

Wenn die Ladung weiter zunimmt, dehnen sich die Umlaufbahnen weiter aus. Aber wenn es immer noch zunimmt, ist das Dielektrikumbreaks downKurzschluss des Kondensators. Wenn der Kondensator nun vollständig aufgeladen ist, kann er entladen werden. Es reicht aus, wenn wir ihnen einen Weg bieten, um von der negativen zur positiven Platte zu gelangen. Die Elektronen fließen ohne externe Versorgung, da auf der einen Seite zu viele Elektronen und auf der anderen Seite kaum Elektronen vorhanden sind. Dieses Ungleichgewicht wird durch diedischarge des Kondensators.

Wenn ein Entladungsweg gefunden wird, neigen die Atome im dielektrischen Material dazu, zu ihrer Normalität zu gelangen circular orbitund zwingt daher die Elektronen, sich zu entladen. Diese Art der Entladung ermöglicht es Kondensatoren, in kurzer Zeit hohe Ströme zu liefern, genau wie bei einem Kamerablitz.

Farbkodierung

Um den Wert eines Kondensators zu kennen, wird er normalerweise wie folgt gekennzeichnet:

n35 = 0,35 nF oder 3n5 = 3,5 nF oder 35n = 35 nF und so weiter.

Manchmal sind die Markierungen wie 100K, was bedeutet, k = 1000pF. Dann ist der Wert 100 × 1000 pF = 100 nF.

Obwohl diese Nummernmarkierungen heutzutage verwendet werden, wurde vor langer Zeit ein internationales Farbcodierungsschema entwickelt, um die Werte von Kondensatoren zu verstehen. Die Farbcodierungsangaben sind wie unten angegeben.

Bandfarbe	Ziffer A und B.	Multiplikator	Toleranz (t)> 10pf	Toleranz (t) <10pf	Temperaturkoeffizient
Schwarz	0	× 1	± 20%	± 2,0 pF
Braun	1	× 10	± 1%	± 0,1 pF	-33 × 10 -6
rot	2	× 100	± 2%	± 0,25 pF	-75 × 10 -6
Orange	3	× 1.000	± 3%		-150 × 10 -6
Gelb	4	× 10.000	± 4%		-220 × 10 -6
Grün	5	× 100.000	± 5%	± 0,5 pF	-330 × 10 -6
Blau	6	× 1.000000			-470 × 10 -6
Violett	7				-750 × 10 -6
Grau	8	× 0,01	+ 80%, -20%
Weiß	9	× 0,1	± 10%	± 1,0 pF
Gold		× 0,1	± 5%
Silber		× 0,01	± 10%

Diese Angaben wurden verwendet, um den Wert von Kondensatoren zu identifizieren.

In diesen fünf Bandkondensatoren repräsentieren die ersten beiden Bänder Ziffern, das dritte den Multiplikator, das vierte die Toleranz und das fünfte die Spannung. Schauen wir uns ein Beispiel an, um den Farbcodierungsprozess zu verstehen.

Example 1 - Bestimmen Sie den Wert eines Kondensators mit den Farbcodes Gelb, Violett, Orange, Weiß und Rot.

Solution- Der Wert von Gelb ist 4, Violett ist 7, Orange ist 3, was einen Multiplikator darstellt. Weiß ist ± 10, was der Toleranzwert ist. Rot steht für die Spannung. Aber um die Nennspannung zu kennen, haben wir eine andere Tabelle, aus der das bestimmte Band, zu dem dieser Kondensator gehört, bekannt sein muss.

Daher beträgt der Wert des Kondensators 47 nF, 10% 250 V (Spannung für das V-Band).

Die folgende Tabelle zeigt, wie die Spannung in Abhängigkeit von den Bändern bestimmt wird, zu denen die Kondensatoren gehören.

Bandfarbe	Nennspannung (V)
	TYPE J	TYPE K	TYPE L	TYPE M	TYPE N
Schwarz	4	100		10	10
Braun	6	200	100	1.6
rot	10	300	250	4	35
Orange	15	400		40
Gelb	20	500	400	6.3	6
Grün	25	600		16	15
Blau	35	700	630		20
Violett	50	800
Grau		900		25	25
Weiß	3	1000		2.5	3
Gold		2000
Silber

Mit Hilfe dieser Tabelle ist die Nennspannung für jedes Kondensatorband gemäß der angegebenen Farbe bekannt. Die Art der Spannungswerte gibt auch die Art der Kondensatoren an. Beispielsweise sind TYP J-Tantalkondensatoren, TYP K-Glimmerkondensatoren, TYP L-Polystyrolkondensatoren, TYP M-Kondensatoren, TYP M-Kondensatoren und TYP N-Kondensatoren Elektrolytband 3-Kondensatoren sind. In diesen Tagen wurde die Farbcodierung durch einfaches Drucken des Wertes der Kondensatoren ersetzt, wie zuvor erwähnt.

Kapazitive Reaktanz

Dies ist ein wichtiger Begriff. Die kapazitive Reaktanz ist der Gegensatz, den ein Kondensator zum Wechselstromfluss oder einfach zum Wechselstrom bietet. Ein Kondensator widersteht der Änderung des Stromflusses und zeigt daher einen gewissen Widerstand, der als bezeichnet werden kannreactance, da die Frequenz des Eingangsstroms zusammen mit dem Widerstand, den er bietet, ebenfalls berücksichtigt werden sollte.

Symbol: X_C

In einer rein kapazitiven Schaltung ist der Strom I_C leads die angelegte Spannung um 90 °

Temperaturkoeffizient von Kondensatoren

Die maximale Änderung in Capacitanceeines Kondensators über einen bestimmten Temperaturbereich kann durch den Temperaturkoeffizienten eines Kondensators bekannt sein. Es besagt, dass, wenn die Temperatur einen bestimmten Punkt überschreitet, die Änderung der Kapazität eines Kondensators, die auftreten könnte, als die verstanden wirdtemperature coefficient of capacitors.

Alle Kondensatoren werden normalerweise unter Berücksichtigung einer Referenztemperatur von 25 ° C hergestellt. Daher wird der Temperaturkoeffizient von Kondensatoren für die Werte von Temperaturen berücksichtigt, die über und unter diesem Wert liegen.

In einer Schaltung kann ein Kondensator in Reihe oder parallel geschaltet werden. Wenn ein Satz von Kondensatoren in einer Schaltung angeschlossen war, behandelt die Art der Kondensatorverbindung die Spannungs- und Stromwerte in diesem Netzwerk.

Kondensatoren in Reihe

Beobachten wir, was passiert, wenn nur wenige Kondensatoren in Reihe geschaltet sind. Betrachten wir drei Kondensatoren mit unterschiedlichen Werten, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Kapazität

Wenn die Kapazität eines Netzwerks berücksichtigt wird, dessen Kondensatoren in Reihe geschaltet sind, wird der Kehrwert der Kapazitäten aller Kondensatoren addiert, um den Kehrwert der Gesamtkapazität zu erhalten. Um dies klarer zu machen,

$$\frac{1}{C_{T}}\:\:=\:\:\frac{1}{C_{1}}\:\:+\:\:\frac{1}{C_{2}}\:\:+\:\:\frac{1}{C_{3}}$$

Wenn nach der gleichen Formel einfach zwei Kondensatoren in Reihe geschaltet sind, dann

$$C_{T}\:\:=\:\:\frac{C_{1}\:\:\times\:\:C_{2}}{C_{1}\:\:+\:\:C_{2}}$$

Wobei C ₁ die Kapazität über den 1 ^st Kondensator C ₂ ist die Kapazität über den 2 ^nd Kondensator und C ₃ die Kapazität über den 3 ^rd Kondensator in dem obigen Netzwerk.

Stromspannung

Die Spannung an jedem Kondensator hängt vom Wert der einzelnen Kapazitäten ab. Was bedeutet

$$V_{C1}\:\:=\:\:\frac{Q_{T}}{C_{1}}\:\:V_{C2}\:\:=\:\:\frac{Q_{T}}{C_{2}}\:\:V_{C3}\:\:=\:\:\frac{Q_{T}}{C_{3}}$$

Die Gesamtspannung über der Reihenkondensatorschaltung,

$$V_{T}\:\:=\:\:V_{C1}\:\:+\:\:V_{C2}\:\:+\:\:V_{C3}$$

Wobei V _c1 die Spannung über den 1 ^st Kondensator, V _c2 ist die Spannung an dem 2 ^nd Kondensator und V _c3 wird über den 3 die Spannung ^RD Kondensator in dem obigen Netzwerk.

Aktuell

Die Gesamtstrommenge, die durch einen Satz in Reihe geschalteter Kondensatoren fließt, ist an allen Punkten gleich. Daher speichern die Kondensatoren unabhängig von ihrem Kapazitätswert die gleiche Ladungsmenge.

Strom durch das Netzwerk,

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:\:=\:\:I_{2}\:\:=\:\:I_{3}$$

Wo I ₁ der Strom durch den 1 ^st Kondensator, I ₂ ist der Strom durch den 2 ^nd Kondensator und I ₃ ist der Strom durch den 3 ^rd Kondensator in dem obigen Netzwerk.

Da der Strom gleich ist, ist die Ladungsspeicherung gleich, da jede Platte eines Kondensators ihre Ladung vom benachbarten Kondensator erhält und daher Kondensatoren in Reihe die gleiche Ladung haben.

$$Q_{T}\:\:=\:\:Q_{1}\:\:=\:\:Q_{2}\:\:=\:\:Q_{3}$$

Kondensatoren parallel

Beobachten wir, was passiert, wenn nur wenige Kondensatoren parallel geschaltet sind. Betrachten wir drei Kondensatoren mit unterschiedlichen Werten, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Kapazität

Die Gesamtkapazität der Schaltung entspricht der Summe der Einzelkapazitäten der Kondensatoren im Netzwerk.

$$C_{T}\:\:=\:\:C_{1}\:\:+\:\:C_{2}\:\:+\:\:C_{3}$$

Wobei C ₁ die Kapazität über den 1 ^st Kondensator C ₂ ist die Kapazität über den 2 ^nd Kondensator und C ₃ die Kapazität über den 3 ^rd Kondensator in dem obigen Netzwerk.

Stromspannung

Die am Ende der Schaltung gemessene Spannung beträgt same als die Spannung an allen Kondensatoren, die in einer Parallelschaltung geschaltet sind.

$$V_{T}\:\:=\:\:V_{1}\:\:=\:\:V_{2}\:\:=\:\:V_{3}$$

Wobei V _c1 die Spannung über den 1 ^st Kondensator, V _c2 ist die Spannung an dem 2 ^nd Kondensator und V _c3 wird über den 3 die Spannung ^RD Kondensator in dem obigen Netzwerk.

Aktuell

Der gesamte fließende Strom ist gleich der Summe der Ströme, die durch jeden im parallelen Netzwerk angeschlossenen Kondensator fließen.

$$I_{T}\:\:=\:\:I_{1}\:\:+\:\:I_{2}\:\:+\:\:I_{3}$$

Wo I ₁ der Strom durch den 1 ^st Kondensator, I ₂ ist der Strom durch den 2 ^nd Kondensator und I ₃ ist der Strom durch den 3 ^rd Kondensator in dem obigen Netzwerk.

Es gibt viele Arten von Kondensatoren, abhängig von ihrer Funktion, dem verwendeten dielektrischen Material, ihrer Form usw. Die Hauptklassifizierung erfolgt nach festen und variablen Kondensatoren.

Arten von Kondensatoren

Die Klassifizierung ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Hauptklassifikation ist genau wie die obige. Die festen Kondensatoren sind diejenigen, deren Wert zum Zeitpunkt der Herstellung selbst festgelegt ist, und die variablen bieten uns die Möglichkeit, den Kapazitätswert zu variieren.

Variable Kondensatoren

Lassen Sie uns etwas über die variablen Kondensatoren wissen, deren Wert sich ändert, wenn Sie variieren electrically oder mechanically. Variable Kondensatoren bestehen im Allgemeinen aus verwobenen Sätzen von Metallplatten, in denen einer fixiert und der andere variabel ist. Diese Kondensatoren liefern die Kapazitätswerte, um zwischen zu variieren10 to 500pF.

Der hier gezeigte Kondensator ist eine Kombination aus zwei miteinander verbundenen Kondensatoren. Eine einzelne Welle wird verwendet, um die variablen Enden dieser Kondensatoren zu drehen, die als eine kombiniert werden. Die gepunktete Linie zeigt an, dass sie intern verbunden sind.

Es gibt viele Verwendungsmöglichkeiten dieser variablen Widerstände, beispielsweise zum Einstellen von LC-Schaltkreisen von Funkempfängern, zum Impedanzanpassen in Antennen usw. Die Haupttypen variabler Kondensatoren sind Abstimmkondensatoren und Trimmerkondensatoren.

Kondensatoren einstellen

Abstimmkondensatoren sind beliebte Arten von variablen Kondensatoren. Sie enthalten einen Stator, einen Rotor, einen Rahmen zur Unterstützung des Stators und einen Glimmerkondensator. Die Konstruktionsdetails eines Abstimmkondensators sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Der Stator ist ein stationäres Teil und der Rotor dreht sich durch die Bewegung einer beweglichen Welle. Wenn die Rotorplatten in die Schlitze des Stators bewegt werden, kommen sie nahe, um Platten eines Kondensators zu bilden. Wenn die Rotorplatten vollständig in den Schlitzen des Stators sitzen, ist der Kapazitätswert maximal, und wenn dies nicht der Fall ist, ist der Kapazitätswert minimal.

Die obige Abbildung zeigt a ganged tuning capacitormit zwei Abstimmkondensatoren, die in einer Gruppe verbunden sind. So funktioniert ein Abstimmkondensator. Diese Kondensatoren haben im Allgemeinen Kapazitätswerte von wenigen Pico-Farad bis zu einigen zehn Pico-Farad. Diese werden meist in LC-Schaltungen in Funkempfängern verwendet. Diese werden auch als bezeichnetTuning Condensers.

Trimmerkondensatoren

Trimmerkondensatoren werden mit einem Schraubendreher variiert. Trimmerkondensatoren werden normalerweise an einem Ort befestigt, an dem der Wert der Kapazität nach dem Festlegen nicht mehr geändert werden muss.

Es gibt drei Leitungen eines Trimmerkondensators, eine an eine stationäre Platte angeschlossen, eine an eine rotierende und die andere ist üblich. Die bewegliche Scheibe ist halbkreisförmig. Ein Trimmerkondensator würde wie in der folgenden Abbildung aussehen.

Es sind zwei parallele leitende Platten mit einem Dielektrikum in der Mitte vorhanden. Abhängig von diesem verwendeten Dielektrikum gibt es Lufttrimmerkondensatoren und Keramiktrimmerkondensatoren. Die Konstruktionsdetails eines Trimmerkondensators sind wie folgt.

Eine der beiden Platten ist beweglich, während die andere fixiert ist. Das dielektrische Material ist fixiert. Wenn die bewegliche Platte entgegen dem Bereich zwischen beweglicher und fester Elektrode bewegt wird, kann die Kapazität geändert werden. Die Kapazität ist höher, wenn der gegenüberliegende Bereich größer wird, da beide Elektroden als zwei Platten eines Kondensators wirken.

Die Trimmerkondensatoren lassen sich leicht auf einer Leiterplatte (Printed Circuit Board) befestigen und werden hauptsächlich zur Kalibrierung von Geräten verwendet.

Die Kondensatoren, deren Wert während der Herstellung festgelegt wird und später nicht mehr geändert werden kann, werden als bezeichnet Fixed Capacitors. Die Hauptklassifizierung von Festkondensatoren erfolgt als polarisiert und nicht polarisiert. Schauen wir uns nicht polarisierte Kondensatoren an.

Nicht polarisierte Kondensatoren

Dies sind die Kondensatoren, die haben no specific polaritiesDies bedeutet, dass sie in beiden Fällen in einem Stromkreis angeschlossen werden können, ohne sich um die Platzierung der rechten und linken Leitung zu kümmern. Diese Kondensatoren werden auch als bezeichnetNon-Electrolytic Capacitors.

Die Hauptklassifizierung von nicht polarisierten Kondensatoren erfolgt wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Lassen Sie uns unter den Kondensatortypen zunächst die Keramikkondensatoren durchgehen.

Keramikkondensatoren

Die bei festen Typen üblichen Kondensatoren sind Keramikkondensatoren. Die Keramikkondensatoren sind Festkondensatoren, die habenceramic material als Dielektrikum.

Diese Keramikkondensatoren werden abhängig von ihrer Anwendung weiter in Klasse 1 und Klasse 2 klassifiziert. Zum Beispiel,Class1 hat eine hohe Stabilität und funktioniert am besten für Resonanzkreisanwendungen class2 hat einen hohen Wirkungsgrad und bietet sein Bestes für Kupplungsanwendungen.

Ein hohles rohrförmiges oder plattenartiges Keramikmaterial wie z titanium dioxide und barium titanateist an beiden Wänden mit einer Abscheidung von Silberverbindung beschichtet, so dass beide Seiten als zwei Kondensatorplatten und Keramik als Dielektrikum wirken. Von diesen beiden Oberflächen werden Leitungen gezogen, und diese gesamte Anordnung ist in eine feuchtigkeitsbeständige Beschichtung eingekapselt.

Die am häufigsten verwendeten modernen Keramikkondensatoren sind Multi-Layer Chip Capacitors (MLCC). Diese Kondensatoren werden in oberflächenmontierter Technologie hergestellt und aufgrund ihrer geringen Größe hauptsächlich verwendet. Diese sind in der Größenordnung von 1ηF bis 100µF erhältlich.

Filmkondensatoren

Die Filmkondensatoren haben eine Filmsubstanz als dielektrisches Material. Je nach Art des verwendeten Films werden diese als klassifiziertPaper und Metal film Kondensatoren.

Diese Filmkondensatoren sind beide dielektrische Papierkondensatoren, während ein Papierkondensator a verwendet waxed Papier, während ein Metallfilmkondensator a verwendet metallizedPapier. Die Anordnung ist fast dieselbe wie unten gezeigt.

Papierkondensatoren

Papierkondensatoren verwenden Papier als dielektrisches Material. Zwei dünne Zinnfolienblätter werden genommen und zwischen dünne gewachste oder geölte Papierblätter gelegt. Dieses Papier wirkt als Dielektrikum. Heutzutage wird Papier durch Plastik ersetzt.

Diese Bleche sind eingeklemmt und werden in eine zylindrische Form gerollt und in ein Kunststoffgehäuse eingekapselt. Leads werden herausgezogen. Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für Papierkondensatoren.

Papierkondensatoren sind in der Größenordnung von 0,001 uF bis 2 uF erhältlich und die Nennspannung kann bis zu 2000 Volt betragen. Diese Kondensatoren sind in Hochspannungs- und Stromanwendungen nützlich.

Metallfilmkondensatoren

Metallfilmkondensatoren sind eine andere Art von Filmkondensatoren. Diese werden auch als Metallfolienkondensatoren oder metallisierte Papierkondensatoren bezeichnet, da das hier verwendete Dielektrikum ein mit Metallfilm beschichtetes Papier ist.

Anders als bei Papierkondensatoren wird ein Film aus Aluminium oder Zink auf ein Papier aufgetragen, um in diesen Metallfilmkondensatoren ein Dielektrikum zu bilden. Anstelle von zwischen Papier eingelegten Aluminiumblechen wird hier das Papier selbst direkt beschichtet. Dies reduziert die Größe des Kondensators.

Die Aluminiumbeschichtung ist gegenüber der Zinkbeschichtung bevorzugt, so dass to avoid destructiondes Kondensators aufgrund chemischer Reduktion. Die mit Aluminium beschichteten Bleche werden in Form eines Zylinders gewalzt und Leitungen entnommen. Das Ganze ist zum Schutz des Kondensators mit Wachs oder Kunststoff verkleidet. Diese Kondensatoren sind nützlich inhigh voltage and current Anwendungen.

Andere Kondensatoren

Dies sind die verschiedenen Kondensatoren, die nach den verwendeten dielektrischen Materialien benannt sind. Diese Gruppe umfasst Glimmerkondensatoren, Luftkondensatoren, Vakuumkondensatoren und Glaskondensatoren usw.

Glimmerkondensatoren

Die Glimmerkondensatoren werden unter Verwendung dünner Glimmerplatten als dielektrische Materialien hergestellt. Dünne Bleche sind wie Papierkondensatoren mit Glimmerplatten dazwischen eingelegt. Schließlich werden die Schichten aus Metallblechen an beiden Enden verbunden und zwei Leitungen gebildet. Dann wird die gesamte Baugruppe in eine Plastik-Bakelit-Kapsel eingeschlossen. Das folgende Bild zeigt, wie ein Glimmerkondensator aussieht.

Glimmerkondensatoren sind im Bereich von 50 pF bis 500 pF erhältlich. Die Glimmerkondensatoren haben eine hohe Arbeitsspannung von bis zu 500 Volt. Dies sind am häufigsten verwendete Kondensatoren für elektronische Schaltungen wie Welligkeitsfilter, Resonanzschaltungen, Kopplungsschaltungen und Hochleistungs-Hochstrom-HF-Rundfunksender.

Luftkondensatoren

Die Luftkondensatoren sind diejenigen mit air as dielectric. Die einfachsten Luftkondensatoren sind solche mit leitenden Platten, zwischen denen sich Luft befindet. Diese Konstruktion ist genau die gleiche wie dievariable tuning capacitoroben diskutiert. Diese Kondensatoren können auch fest und variabel sein, aber fest werden sehr selten verwendet, da es andere mit überlegenen Eigenschaften gibt.

Vakuumkondensatoren

Die Vakuumkondensatoren verwenden high vacuum as dielectricanstelle von Luft oder einem anderen Material. Diese sind auch im festen und variablen Modus verfügbar. Der Aufbau dieser Kondensatoren ähnelt Vakuumröhren. Sie sind meist in Form eines Glaszylinders zu sehen, der ineinandergreifende konzentrische Zylinder enthält.

Das folgende Bild zeigt einen variablen Vakuumkondensator.

Das folgende Bild zeigt, wie ein fester Vakuumkondensator aussieht -

Variable Vakuumkondensatoren sind in einem Bereich von 12 pF bis 5000 pF erhältlich und werden für Hochspannungsanwendungen wie 5 kV bis 60 kV verwendet. Sie werden in Hauptgeräten wie zhigh power broadcast transmitters, RF amplifiers und groß antenna tuners.

Glaskondensatoren

Glaskondensatoren sind sehr exklusive mit vielen Vorteilen und Anwendungen. Wie alle oben genannten Typen hierglassist die dielektrische Substanz. Neben dem Glasdielektrikum sind in diesen Kondensatoren auch Aluminiumelektroden vorhanden. Die plastische Einkapselung erfolgt nach Herausnehmen der Leitungen. Die Leitungen können axiale Leitungen oder rohrförmige Leitungen sein.

Es gibt viele Vorteile eines Glaskondensators wie -

• Der Temperaturkoeffizient ist niedrig.
• Dies sind rauschfreie Kondensatoren.
• Sie erzeugen eine qualitativ hochwertige Ausgabe mit geringem Verlust.
• Sie sind in der Lage, hohe Betriebstemperaturen zu bewältigen.
• Diese Kondensatoren können große HF-Ströme verarbeiten.

Es gibt viele Anwendungen für diese Glaskondensatoren wie -

• Wird in Schaltkreisen verwendet, die sich in Hochtemperaturzonen befinden müssen.
• Wird in Schaltkreisen verwendet, die hohe Q benötigen.
• Wird in Hochleistungsschaltkreisen verwendet.
• Wird für Schaltkreise verwendet, die hohe Toleranzen benötigen.

Polarisierte Kondensatoren haben eine bestimmte positive und negative Polarität. Bei der Verwendung dieser Kondensatoren in Schaltkreisen sollte immer darauf geachtet werden, dass sie angeschlossen sindperfect polarities. Das folgende Bild zeigt die Klassifizierung polarisierter Kondensatoren.

Beginnen wir die Diskussion mit Elektrolytkondensatoren.

Elektrolytkondensator

Die Elektrolytkondensatoren sind die Kondensatoren, die durch den Namen anzeigen, dass etwas Elektrolyt darin verwendet wird. Sie sind polarisierte Kondensatoren mit Anode (+) und Kathode (-) mit bestimmten Polaritäten.

Ein Metall auf dem insulating oxide layer Formen durch Eloxieren wird als bezeichnet Anode. Ein fester oder nicht festerelectrolyte welches die Oberfläche der Oxidschicht bedeckt, fungiert als cathode. Die Elektrolytkondensatoren sind viel höherCapacitance-Voltage (CV) value als die anderen aufgrund ihrer größeren Anodenoberfläche und dünnen dielektrischen Oxidschicht.

Aluminium-Elektrolytkondensatoren

Aluminium-Elektrolytkondensatoren sind die häufigsten Typen unter den Elektrolytkondensatoren. In diesen eine reineAluminum foil mit einer geätzten Oberfläche wirkt als Anode. Eine dünne Metallschicht mit einer Dicke von wenigen Mikrometern wirkt alsdiffusion barrier, die zwischen zwei Metallen angeordnet ist, um sich elektrisch zu trennen. Daher wirkt die Diffusionsbarriere alsdielectric. Daselectrolyte fungiert als cathode welches die raue Oberfläche der Oxidschicht bedeckt.

Die folgende Abbildung zeigt ein Bild verschiedener Größen der verfügbaren Aluminium-Elektrolytkondensatoren.

Je nach Elektrolyt gibt es drei Arten von Aluminium-Elektrolytkondensatoren. Sie sind -

• Nasse Aluminium-Elektrolytkondensatoren (nicht fest)
• Mangandioxid Aluminium Elektrolytkondensatoren (fest)
• Polymer Aluminium Elektrolytkondensatoren (fest)

Der Hauptvorteil dieser Aluminium-Elektrolytkondensatoren besteht darin, dass sie low impedanceWerte auch bei Netzfrequenz und sie sind billiger. Diese werden meist in verwendetPower supply circuits, SMPS (Schaltnetzteil) und DC-DC Converters.

Tantal-Elektrolytkondensatoren

Dies sind andere Arten von Elektrolytkondensatoren, deren anode wird gemacht aus tantalum auf dem eine sehr dünne Isolierung oxide layergebildet. Diese Schicht fungiert alsdielectric und die electrolyte wirkt als Kathode, die die Oberfläche der Oxidschicht bedeckt.

Die folgende Abbildung zeigt, wie Tantalkondensatoren aussehen.

Tantal bietet eine dielektrische Schicht mit hoher Permittivität. Tantal hat eine hohe Kapazität pro Volumen und ein geringeres Gewicht. Diese sind jedoch aufgrund der häufigen Nichtverfügbarkeit von Tantal teurer als Aluminium-Elektrolytkondensatoren.

Niob-Elektrolytkondensatoren

Ein Niob-Elektrolytkondensator ist die andere Art von Elektrolytkondensatoren, bei denen ein passiviertes Niobmetall oder Niobmonoxid als Anode betrachtet wird und eine isolierende Niobpentoxidschicht auf die Anode aufgebracht wird, so dass sie als Dielektrikum wirkt. Auf die Oberfläche der Oxidschicht, die als Kathode wirkt, wird ein Festelektrolyt gelegt. Die folgende Abbildung zeigt, wie Niobkondensatoren aussehen.

Die Niobkondensatoren sind üblicherweise als SMD-Chipkondensatoren (Surface Mount Devices) erhältlich. Diese lassen sich leicht in eine Leiterplatte einbauen. Diese Kondensatoren sollten mit perfekter Polarität betrieben werden. Jede Art von Sperrspannung oder Welligkeitsstrom, die höher als die angegebene ist, wird eventuell auftretendestroy the dielectric und der Kondensator auch.

Superkondensatoren

Die elektrochemischen Kondensatoren mit hoher Kapazität mit Kapazitätswerten, die viel höher als die anderen Kondensatoren sind, werden als bezeichnet Super Capacitors. Diese können als Gruppe zwischen Elektrolytkondensatoren und wiederaufladbaren Batterien eingestuft werden. Diese werden auch als bezeichnetUltra Capacitors.

Diese Kondensatoren bieten viele Vorteile wie -

• Sie haben einen hohen Kapazitätswert.
• Sie können Ladungen viel schneller speichern und liefern.
• Sie können mehr Lade- und Entladezyklen bewältigen.

Diese Kondensatoren haben viele Anwendungen wie -

• Sie werden in Autos, Bussen, Zügen, Aufzügen und Kränen eingesetzt.
• Sie werden beim regenerativen Bremsen eingesetzt.
• Sie werden für die Speichersicherung verwendet.

Die Arten von Superkondensatoren sind Doppelschicht-, Pseudo- und Hybridkondensatoren.

Doppelschichtkondensatoren

Doppelschichtkondensatoren sind elektrostatische Kondensatoren. Die Ladungsabscheidung erfolgt in diesen Kondensatoren nach dem Prinzip der Doppelschicht.

• Alle festen Substanzen haben eine negative Ladung auf der Oberflächenschicht, wenn sie in eine Flüssigkeit gegeben werden.

• Dies ist auf den hohen dielektrischen Flüssigkeitskoeffizienten zurückzuführen.

• Alle positiven Ionen kommen in die Nähe der Oberfläche des festen Materials, um eine Haut zu bilden.

• Die Ablagerung positiver Ionen in der Nähe des festen Materials wird mit der Entfernung lockerer.

• Die an dieser Oberfläche aufgrund der Ablagerung von Anionen und Kationen erzeugte Ladung führt zu einem gewissen Kapazitätswert.

Dieses Doppelschichtphänomen wird auch als Helmholtz-Doppelschicht bezeichnet. Die folgende Abbildung erläutert das Verfahren des Doppelschichtphänomens, wenn der Kondensator geladen und wenn er entladen wird.

Diese Kondensatoren werden einfach als elektrische Doppelschichtkondensatoren (EDLC) bezeichnet. Sie verwenden Kohlenstoffelektroden, um eine Ladungstrennung zwischen der Oberfläche der leitenden Elektrode und dem Elektrolyten zu erreichen. Der Kohlenstoff wirkt als Dielektrikum und die anderen beiden als Anode und Kathode. Die Ladungstrennung ist viel kleiner als bei einem herkömmlichen Kondensator.

Pseudokondensatoren

Diese Kondensatoren folgen dem electrochemicalVerfahren zur Ablagerung von Ladung. Dies wird auch als bezeichnetfaradaic process. Wenn an einer Elektrode eine chemische Substanz reduziert oder oxidiert, wird ein gewisser Strom erzeugt. Während eines solchen Prozesses speichern diese Kondensatoren die elektrische Ladung durch Elektronentransfer zwischen Elektrode und Elektrolyt. Dies ist das Arbeitsprinzip von Pseudokondensatoren.

Sie werden viel schneller aufgeladen und speichern die Ladung genauso wie ein Akku. Sie werden schneller betrieben. Diese werden zusammen mit Batterien verwendet, um die Lebensdauer zu verbessern. Diese werden in Netzanwendungen verwendet, um Leistungsschwankungen zu bewältigen.

Hybridkondensatoren

Ein Hybridkondensator ist eine Kombination aus EDLC und Pseudokondensator. In den Hybridkondensatoren wird Aktivkohle als Kathode verwendet und das vordotierte Kohlenstoffmaterial wirkt als Anode. Li-Ionen-Kondensator ist das übliche Beispiel dieses Typs. Die folgende Abbildung zeigt verschiedene Arten von Hybridkondensatoren.

Sie haben eine hohe Toleranz in einem weiten Bereich von Temperaturschwankungen von -55 ° C bis 200 ° C. Hybridkondensatoren werden auch in Luftanwendungen eingesetzt. Obwohl die Kosten hoch sind, sind diese Kondensatoren sehr zuverlässig und kompakt. Diese sind robust und vertragen extreme Stöße, Vibrationen und Umwelteinflüsse. Hybridkondensatoren haben eine höhere Energiedichte und eine höhere spezifische Leistung als jeder Elektrolytkondensator.

Lassen Sie mich Ihnen eine weitere wichtige Komponente auf dem Gebiet der Elektronik und Elektrik vorstellen, die Inductor. Der Induktor ist eine passive Komponente mit zwei Anschlüssen, die vorübergehend Energie in Form eines Magnetfelds speichert. Es wird normalerweise als bezeichnetcoil. Die Haupteigenschaft eines Induktors ist, dass esopposes any change in current.

Induktor

Nach dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion induziert das zeitlich veränderliche Magnetfeld eine Spannung im Leiter, wenn sich der durch einen Induktor fließende Strom ändert. Nach dem Linsengesetz widerspricht die Richtung der induzierten EMF der Änderung des Stroms, der sie erzeugt hat. Daher,induced EMF is opposite to the voltageüber die Spule aufgetragen. Dies ist die Eigenschaft eines Induktors.

Die folgende Abbildung zeigt, wie ein Induktor aussieht.

Ein Induktor blockiert jede in einem Gleichstromsignal vorhandene Wechselstromkomponente. Der Induktor ist manchmal auf einen Kern gewickelt, beispielsweise einen Ferritkern. Es sieht dann wie in der Abbildung unten aus.

Die folgende Abbildung zeigt einen Induktor mit verschiedenen beschrifteten Teilen.

Symbole

Die Symbole verschiedener Induktortypen sind nachstehend angegeben.

Speicherung von Energie

Eine der grundlegenden Eigenschaften des Elektromagnetismus besteht darin, dass beim Stromfluss durch einen Induktor ein Magnetfeld senkrecht zum Stromfluss erzeugt wird. Das baut sich weiter auf. Es wird irgendwann stabilisiert, was bedeutet, dass sich die Induktivität danach nicht mehr aufbaut. Wenn der Strom nicht mehr fließt, nimmt das Magnetfeld ab.

Diese magnetische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt. Daher wird darin vorübergehend Energie in Form eines Magnetfeldes gespeichert.

Arbeiten eines Induktors

Nach der Theorie der elektromagnetischen Induktion erzeugt jeder variierende elektrische Strom, der in einem Leiter fließt, ein Magnetfeld um dasjenige, das senkrecht zum Strom ist. Außerdem erzeugt jedes variierende Magnetfeld Strom in dem in diesem Feld vorhandenen Leiter, während der Strom senkrecht zum Magnetfeld ist.

Wenn wir nun einen Induktor betrachten, der aus einer leitenden Spule besteht und wenn ein Strom durch den Induktor fließt, wird senkrecht dazu ein Magnetfeld erzeugt. Die folgende Abbildung zeigt einen Induktor mit einem Magnetfeld um ihn herum.

Hier haben wir nun ein variierendes Magnetfeld, das etwas Strom durch den Leiter erzeugt. Dieser Strom wird jedoch so erzeugt, dass er dem Hauptstrom entgegenwirkt, der das Magnetfeld erzeugt hat.

Wenn dieser Strom als Im bezeichnet wird, was bedeutet, dass der aufgrund des Magnetfelds erzeugte Strom und das Magnetfeld durch β angezeigt werden, zeigt die folgende Abbildung dies an.

Dieser Gegenstrom gewinnt mit dem variierenden Magnetfeld an Stärke, das durch die Eingangsversorgungsfrequenz Energie gewinnt. Wenn der Eingangsstrom mit hoher Frequenz immer mehr Wechselstrom wird, gewinnt der resultierende Gegenstrom auch seine Stärke in entgegengesetzter Richtung zu der Ursache, die ihn erzeugt. Dieser Gegenstrom versucht nun, den Hochfrequenz-Wechselstrom zu stoppen, um durch den Induktor zu fließen, was "Blockieren des Wechselstroms" bedeutet.

Die Eigenschaft eines Induktors, die durch die Änderung des Stromflusses induzierte Spannung zu erhalten, ist als Induktivität definiert. Die Induktivität ist das Verhältnis der Spannung zur Änderungsrate des Stroms.

Die Änderungsrate des Stroms erzeugt eine Änderung des Magnetfelds, die eine EMF in entgegengesetzter Richtung zur Spannungsquelle induziert. Diese Eigenschaft der Induktion von EMF wird als die bezeichnetInductance.

Die Formel für die Induktivität lautet

$$Inductance\:\:=\:\:\frac{volatge}{rate\:of\:change\:of\:current}$$

Units −

• Die Einheit der Induktivität ist Henry. Es wird angezeigt durchL.

• Die Induktoren sind meist in mH (Milli Henry) und μH (Micro Henry) erhältlich.

Eine Spule soll eine Induktivität von haben one Henry wenn eine EMF von one volt ist in der Spule selbstinduziert, wo sich der fließende Strom mit einer Geschwindigkeit von ändert one ampere per second.

Selbstinduktivität

Wenn eine Spule betrachtet wird, in der etwas Strom fließt, hat sie ein Magnetfeld senkrecht zum Stromfluss. Wenn sich dieser Strom weiter ändert, ändert sich auch das Magnetfeld und dieses sich ändernde Magnetfeld induziert eine EMF entgegengesetzt zur Quellenspannung. Dieser entgegengesetzte erzeugte EMF ist derself-induced voltage und diese Methode heißt self-inductance.

Die jetzige i_s in der Abbildung den Quellstrom während angeben i_indzeigt den induzierten Strom an. Der Fluss repräsentiert den magnetischen Fluss, der um die Spule erzeugt wird. Bei Anlegen der Spannung wird der Stromi_sFlüsse und Fluss wird erzeugt. Wenn der Stromi_s variiert, der Fluss wird variiert und produziert i_ind.

Diese induzierte EMF über der Spule ist proportional zur Änderungsrate des Stroms. Je höher die Änderungsrate des Stroms ist, desto höher ist der Wert der induzierten EMF.

Wir können die obige Gleichung als schreiben

$$E\:\:\alpha\:\:\frac{dI}{dt}$$

$$E\:\:=\:\:L\:\:\frac{dI}{dt}$$

Wo,

• E ist der EMF produziert

• dI/dt gibt die Änderungsrate des Stroms an

• L gibt den Induktivitätskoeffizienten an.

Selbstinduktivität oder Koeffizient der Selbstinduktivität kann als bezeichnet werden

$$L\:\:=\:\:\frac{E}{\frac{dI}{dt}}$$

Die tatsächliche Gleichung lautet wie folgt:

$$E\:\:=\:\:-L\:\:\frac{dI}{dt}$$

Das Minus in der obigen Gleichung zeigt dies an the EMF is induced in opposite direction to the voltage source nach dem Gesetz von Lenz.

Gegenseitige Induktivität

Da die stromführende Spule ein Magnetfeld um sie herum erzeugt, induziert der variierende Magnetfluss eine EMF in der zweiten Spule, wenn eine andere Spule in die Nähe dieser Spule gebracht wird, so dass sie sich im Magnetflussbereich der Primärspule befindet. Wenn diese erste Spule als bezeichnet wirdPrimary coilkann der zweite als a bezeichnet werden Secondary coil.

Wenn die EMF in der Sekundärspule aufgrund des variierenden Magnetfelds der Primärspule induziert wird, wird ein solches Phänomen als das bezeichnet Mutual Inductance.

Die jetzige i_s in der Abbildung den Quellstrom während angeben i_indzeigt den induzierten Strom an. Der Fluss repräsentiert den magnetischen Fluss, der um die Spule erzeugt wird. Dies breitet sich auch auf die Sekundärspule aus.

Bei Anlegen der Spannung wird der Strom i_sFlüsse und Fluss wird erzeugt. Wenn der Stromi_s variiert, der Fluss wird variiert und produziert i_ind in der Sekundärspule aufgrund der gegenseitigen Induktivitätseigenschaft.

Die Änderung fand so statt.

$$V_{p}\:\:I_{p}\rightarrow\:\:B\:\:\rightarrow\:\:V_{s}\:\:I_{s}$$

Wo,

• V_p i_p Geben Sie die Spannung und den Strom in der Primärspule an

• B Zeigt den magnetischen Fluss an

• V_s i_s Geben Sie die Spannung und den Strom in der Sekundärspule an

Gegenseitige Induktivität M der beiden Schaltkreise beschreibt die Höhe der Spannung in der Sekundärseite, die durch die Änderungen des Stroms der Primärwicklung induziert wird.

$$V(Secondary)\:\:=\:\:-M\frac{\Delta I}{\Delta t}$$

Wo $\frac{\Delta I}{\Delta t}$ die Änderungsrate des Stroms mit der Zeit und Mist der Koeffizient der gegenseitigen Induktivität. Das Minuszeichen zeigt an, dass die Stromrichtung der Quelle entgegengesetzt ist.

Units −

Die Einheiten der Gegeninduktivität sind

$$volt\:\:=\:\:M\frac{amps}{sec}$$

(Aus der obigen Gleichung)

$$M\:\:=\:\:\frac{volt.\:sec}{amp}$$

$$=\:\:Henry(H)$$

Abhängig von der Anzahl der Windungen der Primär- und der Sekundärspule variieren die Magnetflussverbindung und die Menge der induzierten EMF. Die Anzahl der Windungen in der Primärwicklung wird mit N1 und in der Sekundärwicklung mit N2 bezeichnet. Der Kopplungskoeffizient ist der Begriff, der die gegenseitige Induktivität der beiden Spulen angibt.

Faktoren, die die Induktivität beeinflussen

Es gibt einige Faktoren, die die Leistung eines Induktors beeinflussen. Die wichtigsten werden unten diskutiert.

Länge der Spule

Die Länge der Induktorspule ist umgekehrt proportional zur Induktivität der Spule. Wenn die Länge der Spule größer ist, wird die von diesem Induktor angebotene Induktivität geringer und umgekehrt.

Querschnittsfläche der Spule

Die Querschnittsfläche der Spule ist direkt proportional zur Induktivität der Spule. Je höher die Fläche der Spule ist, desto höher ist die Induktivität.

Anzahl der Züge

Mit der Anzahl der Windungen wirkt sich die Spule direkt auf die Induktivität aus. Der Wert der Induktivität wird quadratisch zur Anzahl der Windungen der Spule. Je höher die Anzahl der Windungen ist, desto quadratischer ist der Wert der Induktivität der Spule.

Durchlässigkeit des Kerns

Das permeability (μ)des Kernmaterials des Induktors zeigt den Träger an, den der Kern für die Bildung eines Magnetfeldes in sich selbst bereitstellt. Dashigher die Durchlässigkeit des Kernmaterials, die higher wird die Induktivität sein.

Kopplungskoeffizient

Dies ist ein wichtiger Faktor, der für die Berechnung der gegenseitigen Induktivität zweier Spulen bekannt sein muss. Betrachten wir zwei nahegelegene Spulen mit N1- bzw. N2-Windungen.

Der Strom durch die erste Spule i ₁ erzeugt einen gewissen Fluss Ψ ₁ . Das Ausmaß der Magnetflussverknüpfungen wird unter Weber-Windungen verstanden.

Der Betrag der Magnetflussverbindung zur zweiten Spule aufgrund des Einheitsstroms von i ₁ sei

$$\frac{N_{2}\varphi_{1}}{i_{1}}$$

Dies kann als der Koeffizient der gegenseitigen Induktivität verstanden werden, was bedeutet

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{2}\varphi_{1}}{i_{1}}$$

Daher wird der Koeffizient der gegenseitigen Induktivität zwischen zwei Spulen oder Schaltkreisen als die Weberwindungen in einer Spule aufgrund von 1A Strom in der anderen Spule verstanden.

Wenn die Selbstinduktivität der ersten Spule L _{1 ist} , dann

$$L_{1}i_{1}\:\:=\:\:{N_{1}\varphi_{1}}\:\:=>\:\:\frac{L_{1}}{N_{1}}\:\:\frac{\varphi_{1}}{i_{1}}$$

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{2}L_{1}}{N_{1}}$$

In ähnlicher Weise beträgt der Koeffizient der Gegeninduktivität aufgrund des Stroms i ₂ in der zweiten Spule

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{1}\varphi_{2}}{i_{2}}\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\:1$$

Wenn die Selbstinduktivität der zweiten Spule L _{2 ist}

$$L_{2}i_{2}\:\:=\:\:N_{2}\varphi_{2}$$

$$\frac{L_{2}}{N_{2}}\:\:=\:\:\frac{\varphi_{2}}{i_{2}}$$

Deshalb,

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{1}L_{2}}{N_{2}}\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\:2$$

Wenn wir 1 und 2 multiplizieren, erhalten wir

$$M\:\:\times\:\:M=\:\:\frac{N_{2}L_{1}}{N_{1}}\:\:\times\:\:\frac{N_{1}L_{2}}{N_{2}}$$

$$M^{2}\:\:=\:\:L_{1}L_{2}\:\:=>\:\:M\:\:=\:\:\sqrt{L_{1}L_{2}}$$

Die obige Gleichung gilt, wenn der gesamte sich ändernde Fluss der Primärspule mit der Sekundärspule verbunden ist, was ein Idealfall ist. In der Praxis ist dies jedoch nicht der Fall. Daher können wir schreiben als

$$M\:\:\neq\:\:\sqrt{L_{1}L_{2}}$$

$$and \frac{M}{\sqrt{L_{1}L_{2}}}\:\:=\:\:K\:\:\neq\:\:1$$

Wobei K als Kopplungskoeffizient bekannt ist.

Das Coefficient of coupling K kann definiert werden als das Verhältnis des tatsächlichen Koeffizienten der Gegeninduktivität zum idealen (maximalen) Koeffizienten der Gegeninduktivität.

Wenn der Wert von k nahe eins ist, werden die Spulen als eng gekoppelt bezeichnet, und wenn der Wert von k = 0 ist, werden die Spulen als lose gekoppelt bezeichnet.

Anwendungen von Induktoren

Es gibt viele Anwendungen von Induktoren, wie z.

• Induktivitäten werden in Filterschaltungen verwendet, um Hochfrequenzkomponenten zu erfassen und Rauschsignale zu unterdrücken

• Um den Stromkreis von unerwünschten HF-Signalen zu isolieren.

• Induktoren werden in elektrischen Schaltkreisen verwendet, um einen Transformator zu bilden und die Schaltkreise von Spitzen zu isolieren.

• Induktoren werden auch in Motoren verwendet.

Wenn ein Induktor in einer Schaltung angeschlossen ist, kann diese Verbindung entweder seriell oder parallel sein. Lassen Sie uns nun wissen, was mit den Gesamtwerten für Strom, Spannung und Widerstand geschehen wird, wenn sie auch in Reihe geschaltet werden, wenn sie parallel geschaltet werden.

Induktivitäten in Reihe

Beobachten wir, was passiert, wenn nur wenige Induktivitäten in Reihe geschaltet sind. Betrachten wir drei Widerstände mit unterschiedlichen Werten, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Induktivität

Die Gesamtinduktivität einer Schaltung mit Reiheninduktivitäten ist gleich der Summe der einzelnen Induktivitäten. Der Gesamtinduktivitätswert des oben angegebenen Netzwerks beträgt

$$L_{T}\:\:=\:\:L_{1}\:\:+\:\:L_{2}\:\:+\:\:L_{3}$$

Wobei L ₁ die Induktivität von 1 ^st Widerstand, L ₂ ist die Induktivität 2 ^nd Widerstands und L ₃ ist die Induktivität von 3 ^rd Widerstand in dem obigen Netzwerk.

Stromspannung

Die Gesamtspannung, die über ein Netzwerk von Serieninduktoren auftritt, ist die Addition von Spannungsabfällen an jeder einzelnen Induktivität.

Gesamtspannung, die im Stromkreis auftritt

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:\:+\:\:V_{2}\:\:+\:\:V_{3}$$

Wobei V ₁ der Spannungsabfall über 1 ^st Induktor, V ₂ ist der Spannungsabfall über 2 ^nd Induktor und V ₃ ist der Spannungsabfall über 3 ^rd Induktor in dem obigen Netzwerk.

Aktuell

Die Gesamtstrommenge, die durch einen Satz in Reihe geschalteter Induktivitäten fließt, ist an allen Punkten im Netzwerk gleich.

Der Strom durch das Netzwerk

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:\:=\:\:I_{2}\:\:=\:\:I_{3}$$

Wo I ₁ der Strom durch den 1 ^st Induktor I ₂ ist der Strom durch den 2 ^nd Induktor und I ₃ ist der Strom durch den 3 ^rd Induktor in dem obigen Netzwerk.

Induktivitäten parallel

Beobachten wir, was passiert, wenn nur wenige Widerstände parallel geschaltet sind. Betrachten wir drei Widerstände mit unterschiedlichen Werten, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Induktivität

Die Gesamtinduktivität einer Schaltung mit Parallelwiderständen wird anders berechnet als bei der Serieninduktornetzwerkmethode. Hier wird der reziproke (1 / R) Wert einzelner Induktivitäten mit der Umkehrung der algebraischen Summe addiert, um den Gesamtinduktivitätswert zu erhalten.

Der Gesamtinduktivitätswert des Netzwerks beträgt

$$\frac{1}{L_{T}}\:\:=\:\:\frac{1}{L_{1}}\:\:+\:\:\frac{1}{L_{2}}\:\:+\:\:\frac{1}{L_{3}}$$

Wobei L ₁ die Induktivität von 1 ^st Induktivität, L ₂ ist die Induktivität 2 ^nd Induktors und L ₃ ist die Induktivität von 3 ^rd Induktor in dem obigen Netzwerk.

Aus der Methode zur Berechnung der parallelen Induktivität können wir eine einfache Gleichung für ein paralleles Netzwerk mit zwei Induktoren ableiten. Es ist

$$L_{T}\:\:=\:\:\frac{L_{1}\:\:\times\:\: L_{2}}{L_{1}\:\:+\:\: L_{2}}$$

Stromspannung

Die Gesamtspannung, die über ein Netzwerk mit parallelen Induktivitäten auftritt, entspricht den Spannungsabfällen an jeder einzelnen Induktivität.

Die Spannung, die im Stromkreis angezeigt wird

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:\:=\:\:V_{2}\:\:=\:\:V_{3}$$

Wobei V ₁ der Spannungsabfall über 1 ^st Induktor, V ₂ ist der Spannungsabfall über 2 ^nd Induktor und V ₃ ist der Spannungsabfall über 3 ^rd Induktor in dem obigen Netzwerk. Daher ist die Spannung an allen Punkten eines parallelen Induktornetzwerks gleich.

Aktuell

Die Gesamtstrommenge, die in ein paralleles induktives Netzwerk eintritt, ist die Summe aller einzelnen Ströme, die in allen parallelen Zweigen fließen. Der Induktivitätswert jedes Zweigs bestimmt den Wert des Stroms, der durch ihn fließt.

Der Gesamtstrom durch das Netzwerk beträgt

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:\:+\:\:I_{2}\:\:+\:\:I_{3}$$

Wo I ₁ der Strom durch den 1 ^st Induktor I ₂ ist der Strom durch den 2 ^nd Induktor und I ₃ ist der Strom durch den 3 ^rd Induktor in dem obigen Netzwerk.

Daher erhält die Summe der einzelnen Ströme in verschiedenen Zweigen den Gesamtstrom in einem parallelen Netzwerk.

Induktive Reaktanz

Die induktive Reaktanz ist der Gegensatz, den ein Induktor dem Wechselstromfluss oder einfach dem Wechselstrom bietet. Ein Induktor hat die Eigenschaft, der Änderung des Stromflusses zu widerstehen, und zeigt daher einen gewissen Widerstand, der als bezeichnet werden kannreactance, da die Frequenz des Eingangsstroms zusammen mit dem Widerstand, den er bietet, ebenfalls berücksichtigt werden sollte.

• Indikation - XL

• Einheiten - Ohms

• Symbol - Ω

In einem rein induktiven Stromkreis ist der Strom I_L lagsdie angelegte Spannung um 90 °. Die induktive Reaktanz wird berechnet durch:

$$X_{L}\:\:=\:\:2\pi fL$$

Wobei f die Frequenz des Signals ist. Daher ist die induktive Reaktanz eine Funktion der Frequenz und der Induktivität.

Induktivitäten sind in verschiedenen Formen erhältlich und haben unterschiedliche Verwendungszwecke. Ihre Größen variieren je nach dem Material, aus dem sie hergestellt wurden. Die Hauptklassifizierung erfolgt als feste und variable Induktivitäten. Ein Induktor von wenigen Henries kann eine Hantelform in der Größe eines einfachen Widerstands haben. Ein fester Induktor hat immer Silber als erste Farbe in der Farbcodierung.

Der Kern des Induktors ist sein Herz. Je nach verwendetem Kernmaterial gibt es viele Arten von Induktoren. Schauen wir uns einige davon an.

Luftkerninduktor

Der häufig verwendete Induktor mit einer einfachen Wicklung ist dieser Luftkerninduktor. Das hat nichts alsair as the coreMaterial. Die nichtmagnetischen Materialien wie Kunststoff und Keramik werden ebenfalls als Kernmaterialien verwendet und fallen auch unter diese Luftkerninduktoren. Das folgende Bild zeigt verschiedene Luftkerninduktoren.

Diese Induktivitäten bieten einen minimalen Signalverlust bei Anwendungen mit einer sehr hohen Magnetfeldstärke. Es gibt auch keine Kernverluste, da es kein festes Kernmaterial gibt.

Eisenkerninduktor

Diese Induktoren haben ferromagnetische Materialien wie Ferrit oder Eisen als Kernmaterial. Die Verwendung solcher Kernmaterialien hilft aufgrund ihrer hohen magnetischen Permeabilität bei der Erhöhung der Induktivität.Permeabilitymisst die Fähigkeit, die Bildung von Magnetfeldern innerhalb der Materialien zu unterstützen. Das folgende Bild zeigt, wie ein Eisenkerninduktor aussieht -

Die Induktoren, die genau wie diese ferromagnetische Kernmaterialien aufweisen, leiden unter Kernverlusten und Energieverlusten bei hohen Frequenzen. Diese Induktivitäten werden zur Herstellung weniger Arten von Transformatoren verwendet.

Ringförmige Induktivitäten

Diese Induktoren haben ein magnetisches Material als Kernsubstanz, auf die der Draht gewickelt ist. Diese haben eine kreisförmige Ringform, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Der Hauptvorteil dieses Induktortyps besteht darin, dass aufgrund der Kreisform eine Symmetrie in der gesamten Form des Induktors erreicht wird, wodurch minimale Verluste im Magnetfluss auftreten. Diese Induktivitäten werden hauptsächlich in Wechselstromkreisanwendungen verwendet.

Laminierte Kerninduktoren

Dies sind die Induktoren, die dünne Stahlbleche wie Stapel als Kernmaterialien laminiert haben. Normalerweise sind bei einem Induktor die Energieverluste größer, wenn die Schleifenfläche für den Strom vergrößert wird. Während bei diesen Induktoren mit laminiertem Kern dünne Stahlbleche aus Stapeln hilfreich sind, um die Wirbelströme zu blockieren, wodurch die Schleifenwirkung minimiert wird.

Die folgende Abbildung zeigt ein Bild eines laminierten Kerninduktors.

Der Hauptvorteil dieser Induktivitäten besteht darin, den Energieverlust bei ihrer Konstruktion zu minimieren. Diese laminierten Kerninduktoren werden hauptsächlich bei der Herstellung von Transformatoren verwendet.

Pulverförmige Eisenkerninduktoren

Wie der Name schon sagt, hat der Kern dieser Induktoren magnetische Materialien mit einigen Luftspalten. Diese Art der Konstruktion bietet jedoch einen Vorteil für den Kern, da im Vergleich zu den anderen Typen ein hohes Maß an Energie gespeichert werden kann. Die folgende Abbildung zeigt ein Bild eines Induktors aus pulverisiertem Eisenkern.

Diese Induktivitäten liefern sehr geringe Wirbelstromverluste und Hystereseverluste. Diese sind zu niedrigsten Preisen erhältlich und weisen eine sehr gute Induktivitätsstabilität auf.

HF-Induktivitäten sind die radio frequency Induktivitäten, die bei verwendet werden high resonant frequencies. Dies kann ein mehrschichtiger Spuleninduktor oder ein dünnfilmbeschichteter Keramikinduktor oder ein drahtgewickelter Keramikinduktor sein. Die folgende Abbildung zeigt einige HF-Induktivitäten.

Diese Induktoren sind gekennzeichnet durch low current rating und high electrical resistance. Da hier jedoch die hohen Frequenzen verwendet werden, steigt der Drahtwiderstand. Aufgrund dieser hohen Resonanzfrequenzen treten auch nur wenige Effekte auf. Schauen wir sie uns an.

Hauteffekt

Bei hohen Frequenzen neigt der Wechselstrom zu einer ungleichen Stromverteilung durch den Leiter. Der elektrische Strom fließt an der Oberfläche des Leiters stärker als in seiner Mitte. Es bekommt seine Energie in der konzentriertskin des Leiters, wobei der tiefe Kern des Leiters verbleibt, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Wenn sich die Energie auf der Haut des Leiters konzentriert, wird dieser Effekt als der bezeichnet Skin Effect. Tatsächlich wird dieser Hauteffekt durch die Wirbelströme verursacht, die durch das sich ändernde Magnetfeld erzeugt werden, das aus Wechselstrom resultiert. Heutzutage werden die Leiter mit höheren Frequenzen in Form einer Röhre hergestellt, um das Gewicht und die Kosten der Leiter zu reduzieren.

Näheeffekt

Zusammen mit dem obigen ist dies ein weiterer Effekt, der hier beobachtet wird. Der Näherungseffekt erhöht den Widerstand des Drahtes bei hohen Frequenzen. Nähe ist das Wort, das besagt, dass der Effekt aktiviert sein wirdadjacent wires. Die folgende Abbildung zeigt die Stromkonzentration an den Kanten der benachbarten Kabel.

Jede Windung hat ein Magnetfeld, das Wirbelströme im Draht induziert, wodurch der Strom auf die Seite des benachbarten Drahtes fokussiert wird. Durch diesen Effekt wird die effektive Querschnittsfläche des Drahtes verringert und seineresistance gets increased.

Parasitäre Kapazität

Normalerweise enthält eine Induktivität intern einen Widerstand in Reihe (Drahtwiderstand) und einen Kondensator im Nebenschluss (parasitäre Kapazität). Jede Wicklung hat in einem Induktor ein leicht unterschiedliches Potential. Die folgende Abbildung zeigt den Kapazitätseffekt in einer Induktivität.

Die zwei Leiter, die in jeder Windung vorhanden sind, wirken als Kondensatorplatten mit Luft als Dielektrikum. Eine Kapazität namensParasitic Capacitanceexistiert hier. Um dies bei bestimmten Anwendungen zu vermeiden, sind die Wicklungen weit voneinander entfernt.

Mit zunehmender Frequenz nimmt die Impedanz der parasitären Kapazität ab und die Impedanz des Induktors nimmt zu. Daher neigt der Induktor dazu, sich wie ein Kondensator zu verhalten.

Dielektrische Verluste

Der Strom durch den Leiter eines Induktors bewirkt, dass die Moleküle der Isolatoren Energie in Form von Wärme ausüben. Je höher die Frequenz, desto größer ist die Wärmeableitung.

Drosseln

Induktivitäten werden auch als Drosseln bezeichnet. Ein Induktor blockiert Wechselstromkomponenten und sendet Gleichstromkomponenten durch ihn. Daher kann ein Induktor, wenn er Wechselstrom drosselt oder stoppt, einfach als a bezeichnet werdenChoke.

Eine Spule aus isoliertem Draht wird häufig auf einen Magnetkern gewickelt, um eine Drossel zu bilden. Mit zunehmender Signalfrequenz steigt die Impedanz der Drossel. Aufgrund seiner Reaktanz kann es die Menge an Wechselstrom durch es begrenzen. Obwohl aufgrund seines geringen elektrischen Widerstands praktisch eine gewisse Menge Wechselstrom durch ihn fließt. Diese werden meist in Röhrenleuchten und in Transformatoren in elektronischen Anwendungen eingesetzt.

Nach dem Prinzip von Electromagnetic InductionWir haben bereits gelernt, dass ein variierender Fluss eine EMF in einer Spule induzieren kann. Nach dem Prinzip vonMutual inductionWenn eine andere Spule neben eine solche Spule gebracht wird, induziert der Fluss EMF in die zweite Spule.

Nun wird die Spule, die den variierenden Fluss hat, als die bezeichnet Primary Coil und die Spule, in die EMF induziert wird, wird als die bezeichnet Secondary Coil, während die beiden Spulen zusammen eine Einheit bilden, die als a bezeichnet wird Transformer.

Transformator

Ein Transformator hat eine Primärspule, an die der Eingang gegeben ist, und eine Sekundärspule, von der der Ausgang gesammelt wird. Beide Spulen sind auf ein Kernmaterial gewickelt. In der Regel bildet ein Isolator dieCore des Transformators.

Die folgende Abbildung zeigt einen praktischen Transformator.

Aus der obigen Abbildung ist ersichtlich, dass nur wenige Notationen üblich sind. Versuchen wir, sie zu notieren. Sie sind -

• N_p = Anzahl der Windungen in der Primärwicklung

• N_s = Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung

• I_p = Strom fließt in der Primärwicklung des Transformators

• I_s = Strom fließt in der Sekundärseite des Transformators

• V_p = Spannung an der Primärwicklung des Transformators

• V_s = Spannung an der Sekundärseite des Transformators

• Φ = Magnetfluss um den Kern des Transformators.

Transformator in einem Stromkreis

Die folgende Abbildung zeigt, wie ein Transformator in einer Schaltung dargestellt wird. Die Primärwicklung, die Sekundärwicklung und der Kern des Transformators sind ebenfalls in der folgenden Abbildung dargestellt.

Wenn also ein Transformator in einen Stromkreis geschaltet wird, wird die Eingangsversorgung der Primärspule gegeben, so dass sie mit dieser Stromversorgung einen variierenden Magnetfluss erzeugt und dieser Fluss in die Sekundärspule des Transformators induziert wird, der die variierende EMF von erzeugt der variierende Fluss. Da der Fluss variieren sollte, arbeitet ein Transformator für die Übertragung von EMF von primär zu sekundär immer mit Wechselstrom.

Step-up und Step-down

Abhängig von der Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung kann der Transformator als a bezeichnet werden Step up oder ein Step down Transformator.

Der wichtigste Punkt, der hier zu beachten ist, ist, dass es keinen Unterschied zwischen dem primären und dem sekundären gibt powerdes Transformators. Wenn dementsprechend die Spannung an der Sekundärseite hoch ist, wird ein niedriger Strom gezogen, um die Leistung stabil zu machen. Wenn die Spannung in der Sekundärseite niedrig ist, wird auch ein hoher Strom gezogen, so dass die Leistung der Primärseite entsprechen muss.

Steigern Sie

Wenn die Sekundärwicklung mehr Windungen als die Primärwicklung hat, wird der Transformator als a bezeichnet Step-upTransformator. Hier ist die induzierte EMF größer als das Eingangssignal.

Schritt zurück

Wenn die Sekundärwicklung weniger Windungen hat als die Primärwicklung, wird der Transformator als a bezeichnet Step-downTransformator. Hier ist die induzierte EMF geringer als das Eingangssignal.

Drehverhältnis

Da die Anzahl der Windungen der Primär- und Sekundärwicklung die Nennspannung beeinflusst, ist es wichtig, ein Verhältnis zwischen den Windungen einzuhalten, um eine Vorstellung von den induzierten Spannungen zu haben.

Das Verhältnis der Windungszahl in der Primärspule zur Windungszahl in der Sekundärspule wird als „turns ratio" oder "the ratio of transformation”. Das Windungsverhältnis wird üblicherweise mit bezeichnetN.

$$N\:\:=\:\:Turns\:ratio\:\:=\:\:\frac{Number\:of\:turns\:on\:Primary}{Number\:of\:turns\:on\:Secondary}\:\:=\:\:\frac{N_{p}}{N_{s}}$$

Das Verhältnis von Primär zu Sekundär, das Verhältnis von Eingang zu Ausgang und das Windungsverhältnis eines bestimmten Transformators sind dieselben wie sein voltage ratio. Daher kann dies geschrieben werden als

$$\frac{N_{p}}{N_{s}}\:\:=\:\:\frac{V_{p}}{V_{s}}\:\:=\:\:N\:\:=\:\:Turns\:ratio$$

Das Windungsverhältnis gibt auch an, ob der Transformator ein Aufwärts- oder ein Abwärtstransformator ist. Beispielsweise gibt ein Windungsverhältnis von 1: 3 an, dass der Transformator ein Aufwärtstransformator ist, und das Verhältnis 3: 1 besagt, dass es sich um einen Abwärtstransformator handelt.

Bei der Klassifizierung von Transformatoren gibt es viele Typen, die vom verwendeten Kern, den verwendeten Wicklungen, dem Ort und der Art der Verwendung, den Spannungspegeln usw. abhängen.

Ein- und Dreiphasentransformatoren

Je nach verwendetem Angebot werden die Transformatoren hauptsächlich als klassifiziert Single phase und three phase Transformer.

• Ein normaler Transformator ist ein einphasiger Transformator. Es hat eine Primär- und eine Sekundärwicklung und wird betrieben, um die Sekundärspannung entweder zu verringern oder zu erhöhen.

• Bei einem Dreiphasentransformator sind drei Primärwicklungen miteinander und drei Sekundärwicklungen miteinander verbunden.

Ein einzelner Dreiphasentransformator wird drei Einphasentransformatoren vorgezogen, um einen guten Wirkungsgrad zu erzielen, bei dem er bei geringen Kosten weniger Platz beansprucht. Aufgrund des Transportproblems schwerer Geräte werden in den meisten Fällen Einphasentransformatoren verwendet.

Eine andere Klassifizierung dieser Transformatoren ist Core und Shell Art.

• Im Shell typeDie Wicklungen sind auf einem einzigen Bein positioniert, das vom Kern umgeben ist.

• Im Core typeSie sind an verschiedenen Beinen verwundet.

Der Unterschied ist in der folgenden Abbildung bekannt.

Die Klassifizierung von Transformatoren kann auch in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Kernmaterials erfolgen. Das sind eigentlichRF transformers, die viele Typen wie Luftkerntransformatoren enthalten, Ferrite core Transformer, Transmission line Transformatoren und BalunTransformer. Balun-Transformatoren werden in HF-Empfängersystemen verwendet. Die Haupttypen sind die Luftkern- und Eisenkerntransformatoren.

Luftkerntransformator

Dies ist ein Kerntransformator, bei dem die Wicklungen auf einen nichtmagnetischen Streifen gewickelt sind. Die Magnetflussverbindungen werden durch hergestelltair as corezwischen der primären und sekundären. Das folgende Bild zeigt einen Luftkerntransformator.

Vorteile

• Die Hysterese und Wirbelstromverluste sind bei diesen Luftkerntransformatoren gering.
• Die Geräuschentwicklung ist gering.

Nachteile

• Die Zurückhaltung ist bei Luftkerntransformatoren hoch.
• Die gegenseitige Induktivität ist im Luftkern im Vergleich zu Transformatoren mit Eisenkern gering.

Anwendungen

• Audiofrequenztransformatoren.
• Hochfrequenz-Funkübertragungen.

Eisenkerntransformatoren

Dies ist ein Kerntransformator, bei dem die Wicklungen auf einen Eisenkern gewickelt sind. Die Magnetflussbindungen sind mit Eisen als Kernmaterial stark und perfekt. Dies wird häufig in Laboratorien beobachtet. Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel eines Eisenkerntransformators.

Vorteile

• Sie haben eine sehr hohe magnetische Permeabilität.
• Eisenkerntransformatoren weisen eine geringe Reluktanz auf.
• Die gegenseitige Induktivität ist hoch.
• Diese Transformatoren sind hocheffizient.

Nachteile

• Diese sind im Vergleich zu Luftkerntransformatoren etwas laut.
• Die Hysterese und die Wirbelstromverluste sind etwas höher als bei Luftkerntransformatoren.

Anwendungen

• Als Trenntransformatoren.
• Hochfrequenz-Funkübertragungen.

Die Transformatoren werden auch nach der Art des verwendeten Kerns klassifiziert. Einige Transformatoren verwenden den in Öl getauchten Kern. Dieses Öl wird von außen durch verschiedene Methoden gekühlt. Solche Transformatoren heißenWet core transformers, während die anderen wie Ferritkerntransformatoren, laminierte Kerntransformatoren, Ringkerntransformatoren und Gießharztransformatoren sind Dry core transformers.

Basierend auf der Art der Wicklungstechnik haben wir einen anderen Transformator, der sehr beliebt ist und als Auto transformer.

Autotransformator

Dies ist ein Transformatortyp, der hauptsächlich in unseren elektrischen Labors verwendet wird. Dieser Autotransformator ist eine verbesserte Version des Originaltransformators. Es wird eine einzige Wicklung verwendet, an die beide Seiten mit Strom und Masse verbunden sind. Ein weiterer variabler Abgriff erfolgt durch dessen Bewegung sekundär zum Transformator gebildet wird.

Die folgende Abbildung zeigt die Schaltung eines Autotransformators.

Wie in der Abbildung gezeigt, liefert eine einzelne Wicklung sowohl Primär- als auch Sekundärwicklung in einem Transformator. Verschiedene Abgriffe der Sekundärwicklung werden gezogen, um verschiedene Spannungspegel auf der Sekundärseite auszuwählen.

Die oben gezeigte Primärwicklung ist von A nach C und die Sekundärwicklung ist von B nach C, während der variable Arm B variiert wird, um die erforderlichen Spannungspegel zu erhalten. Ein praktischer Autotransformator sieht wie in der folgenden Abbildung aus.

Durch Drehen der Welle oben wird die Sekundärspannung auf unterschiedliche Spannungspegel eingestellt. Wenn die an den Punkten A und C angelegte Spannung V1 beträgt, beträgt die Spannung pro Windung in dieser Wicklung

$$Voltage\:per\:turn\:\:=\:\:\frac{V_{1}}{N_{1}}$$

Nun wird die Spannung an den Punkten B und C sein

$$V_{2}\:\:=\:\:\frac{V_{1}}{N_{1}}\:\:\times\:\:N_{2}$$

$$\frac{V_{2}}{V_{1}}\:\:=\:\:\frac{N_{2}}{N_{1}}\:\:=\:\:constant\:(say\:K)$$

Diese Konstante ist nichts anderes als das Windungsverhältnis oder das Spannungsverhältnis des Autotransformators.

Es gibt Transformatoren, die je nach Anwendung klassifiziert werden. Viele dieser Transformatoren sind groß und sperrig. Die meisten von ihnen werden von der Elektrizitätsabteilung verwendet.

Leistungstransformatoren

Die Leistungstransformatoren werden in verwendet high power transfer applicationssowohl für Aufwärts- als auch für Abwärtsanwendungen, bei denen die Betriebsspannungen mehr als 33 kV betragen und im Allgemeinen über 200 MVA liegen. Die Flussdichte ist für sie viel höher.

Alle Transformatoren, die für Leistungsregelungsanwendungen verwendet werden, wie z. B. laminierte Kerntransformatoren, Ringkerntransformatoren, variable Autotransformatoren, Polyphaser-Transformatoren und Streu-Lecktransformatoren, fallen unter diese Kategorie.

Diese sind in der Regel groß, abhängig von der Belastbarkeit und ihrer Anwendung. Diese Transformatoren sind dreiphasig oder einphasig erhältlich. Da diese Transformatoren sperrig sind, werden sie in einem großen offenen Bereich platziert. Diese Transformatoren bieten in Volllastanwendungen einen Wirkungsgrad von 100%.

Vorteile

• Sie haben einen hohen Isolationsgrad.
• Der Lärm ist gering.
• Sie sind sehr effizient.
• Hochspannungs-Anwendungen für Hochleistungsanwendungen.

Anwendungen

• Sie werden in Stromerzeugungssystemen eingesetzt.
• Sie werden in Sendeunterstationen eingesetzt.

Messtransformatoren

Die Messtransformatoren dienen zur Messung von Hochspannung und hohen Strömen. Diese sind meistens hilfreich, um die Schaltkreise von ihnen zu isolieren. Normalerweise ist die Primärwicklung eines Transformators mit hohen Eingängen von Spannungen und Strömen verbunden, während die Sekundärwicklung des Transformators mit einem Relais oder einer Schaltung verbunden ist, für die eine gewisse Isolation vorgesehen werden muss.

Dies sind hauptsächlich zwei Arten, Current transformers und Voltage transformers. Schauen wir uns jeden einzelnen an.

Stromwandler

Die Stromwandler liefern Strom im Sekundärkreis proportional zum Strom im Primärkreis. Diese werden in Schutzrelais und zu Messzwecken eingesetzt.

Eine Primärwicklung mit einer Windung wird durch einen gut isolierten Ringkerntransformator geführt, der mit vielen Windungen gewickelt ist, wodurch a Current Transformer. Dies ist immer in Reihe geschaltet.

Die Sekundärwicklung kann so ausgelegt sein, dass sie einen einzigen Ausgang liefert, oder sie kann mehrere Abgriffe für unterschiedliche Werte aufweisen. Es ist darauf zu achten, dass die Sekundärwicklung mit ihrer Last mit niedriger Impedanz verbunden ist, während der Strom in der Primärwicklung fließt. Dies dient dazu, plötzliche Hochspannungen im Sekundärkreis mit offenem Stromkreis zu vermeiden, die die Genauigkeit des Transformators dauerhaft beeinträchtigen könnten.

Spannungswandler

Die Spannungswandler liefern eine Spannung im Sekundärkreis, die proportional zur Spannung im Primärkreis ist. Diese Transformatoren werden auch als bezeichnetPotential Transformers. Diese sind parallel zur Schaltung geschaltet.

Die Primärwicklung dieses Transformators kann Phase-zu-Phase-Verbindungen aufweisen, die Sekundärwicklung verfügt jedoch über eine Erdungsklemme. Die folgende Abbildung zeigt ein Bild eines Spannungswandlers.

Es gibt drei Haupttypen von Spannungswandlern. Sie sind

• Electromagnetic - verwendet einen drahtgewickelten Transformator mit guten Flussverbindungen.

• Capacitor - verwendet einen Kondensator mit potentiellem Teilernetz.

• Optical - nutzt die elektrischen Eigenschaften optischer Materialien.

Die Spannungswandler werden in Schutzrelais und zu Messzwecken sowie zur Zeigerphasenverschiebungsisolation eingesetzt.

Schutztransformatoren

Diese Transformatoren sind sehr genau als Mess-Transformatoren, da diese nur zum Schutz der Schaltkreise vor hohen Spannungen und Strömen verwendet werden. Die Primärwicklung dieser Transformatoren ist mit hohen Eingängen verbunden, während die Sekundärwicklung des Transformators den Stromkreis oder das Relais von plötzlichen Spitzen oder Überspannungen isoliert hält, die den Stromkreis beschädigen könnten.

Verteilungstransformatoren

Die Verteilungstransformatoren werden zur Verteilung elektrischer Energie auf Endbenutzerebene verwendet. Die Betriebsspannungen liegen für industrielle Zwecke bei 33 kV und für Haushaltszwecke bei 440 V bis 220 V. Diese sind in der Regel unter 200 MVA bewertet.

Zu dieser Kategorie gehören auch die großen dreiphasigen Autotransformatoren für die Stromverteilung und die ölgekühlten Transformatoren. Die folgende Abbildung zeigt ein Bild eines Verteilungstransformators.

Diese Transformatoren sind normalerweise kleiner als Leistungstransformatoren. Diese Transformatoren sind offen aufgestellt, aber nicht vollständig geladen wie Leistungstransformatoren.

Vorteile

• Sie sind klein.
• Sie sind einfach zu installieren.
• Diese Transformatoren haben geringe magnetische Verluste.

Nachteile

• Diese Transformatoren haben einen geringen Wirkungsgrad.
• Sie sind nicht voll geladen.

Anwendungen

Sie werden zur Stromverteilung in verschiedenen Bereichen wie Häusern, Höfen, Grundstücken, Eisenbahnen, Windparks usw. verwendet.

Wenn in der Primärwicklung eines Transformators eine Spannung induziert wird, wird der in der Primärwicklung erzeugte Magnetfluss aufgrund der gegenseitigen Induktion in die Sekundärseite induziert, wodurch eine Spannung in der Sekundärseite erzeugt wird. Die Stärke dieses Magnetfeldes baut sich auf, wenn der Strom von Null auf den Maximalwert steigt, der durch gegeben ist$\mathbf{\frac{d\varphi}{dt}}$.

Die magnetischen Flusslinien verlaufen durch die Sekundärwicklung. Die Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung bestimmt die induzierte Spannung. Daher wird die Menge der induzierten Spannung durch bestimmt

$$N\frac{d\varphi}{dt}$$

Wobei N = Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung

Die Frequenz dieser induzierten Spannung entspricht der Frequenz der Primärspannung. Die Spitzenamplitude der Ausgangsspannung wird beeinflusst, wenn die magnetischen Verluste hoch sind.

Induzierte EMF

Versuchen wir, eine Beziehung zwischen der induzierten EMF und der Anzahl der Windungen in einer Spule zu ziehen.

Nehmen wir nun an, dass sowohl die Primär- als auch die Sekundärspule jeweils eine einzige Windung haben. Wenn ein Volt ohne Verluste an eine Umdrehung der Primärwicklung angelegt wird (Idealfall), induzieren der Stromfluss und das erzeugte Magnetfeld das gleiche Volt in der Sekundärwicklung. Daher ist die Spannung auf beiden Seiten gleich.

Der magnetische Fluss variiert jedoch sinusförmig, was bedeutet,

$$\phi\:\:=\:\:\phi_{max} \sin \omega t$$

Dann ist die grundlegende Beziehung zwischen induzierter EMF und Spulenwicklung von N Windungen

$$EMF\:=\:turns\:\:\times\:\:rate\:of\:change$$

$$E\:=\:N \frac{d\phi}{dt}$$

$$E\:=\:N\:\times\:\omega\:\times\: \phi_{max}\:\times\: \cos(\omega t)$$

$$E_{max}\:=\:N \omega \phi_{max}$$

$$E_{rms}\:=\:\frac{N \omega}{\sqrt{2}}\:\times\:\phi_{max}\:=\:\frac{2\pi}{\sqrt{2}}\:\times\:f\:\times\:N\:\times\:\phi_{max}$$

$$E_{rms}\:=\:4.44\:f\:N\:\phi_{max}$$

Wo

f = Flussfrequenz in Hertz = $\frac{\omega}{2\pi}$

N = Anzahl der Spulenwicklungen

∅ = Flussdichte in Webern

Dies ist bekannt als Transformer EMF Equation.

Da Wechselstrom Strom in der Sekundärspule erzeugt und dieser Wechselstrom durch Wechselspannung erzeugt wird, können wir sagen, dass nur ein Wechselstrom Wechselstrom die Arbeit eines Transformators unterstützen kann. Dahera transformer doesn’t work on DC.

Verluste in Transformatoren

Jedes Gerät hat in praktischen Anwendungen nur wenige Verluste. Die Hauptverluste, die in den Transformatoren auftreten, sind Kupferverluste, Kernverluste und Flussleckagen.

Kupferverluste

Kupferverlust ist der Energieverlust aufgrund der Wärme, die durch den Stromfluss durch die Wicklungen der Transformatoren erzeugt wird. Diese werden auch als „I²R losses"Oder" I quadrierte R-Verluste ", wenn der Energieverlust pro Sekunde mit dem Quadrat des Stroms durch die Wicklung zunimmt und proportional zum elektrischen Widerstand der Wicklung ist.

Dies kann in einer Gleichung als geschrieben werden

$$I_{P} R_{P}\:+\:I_{S} R_{S}$$

Wo

• I_P = Primärstrom

• R_P = Primärwiderstand

• I_S = Sekundärstrom

• R_S = Sekundärwiderstand

Kernverluste

Kernverluste werden auch als bezeichnet Iron Losses. Diese Verluste hängen vom verwendeten Kernmaterial ab. Es gibt zwei Arten, nämlichHysteresis und Eddy Current losses.

• Hysteresis Loss- Der in Form eines Magnetflusses induzierte Wechselstrom schwankt weiter (wie Anstieg und Abfall) und kehrt die Richtung entsprechend der induzierten Wechselspannung um. Durch diese zufälligen Schwankungen geht im Kern etwas Energie verloren. Ein solcher Verlust kann als bezeichnet werdenHysteresis loss.

• Eddy Current Loss- Während dieses gesamten Prozesses werden im Kern einige Ströme induziert, die kontinuierlich zirkulieren. Diese Ströme erzeugen einen Verlust, der als bezeichnet wirdEddy Current Loss. Eigentlich soll das variierende Magnetfeld nur in der Sekundärwicklung Strom induzieren. Es induziert aber auch Spannungen in den nahe gelegenen leitenden Materialien, was zu diesem Energieverlust führt.

• Flux Leakage- Obwohl die Flussverknüpfungen stark genug sind, um die erforderliche Spannung zu erzeugen, tritt bei praktischen Anwendungen ein gewisser Fluss auf, der zum Energieverlust führt. Obwohl dies gering ist, ist dieser Verlust auch bei Anwendungen mit hoher Energie zählbar.

Leistung eines Transformators

Wenn ein idealer Transformator ohne Verluste betrachtet wird, ist die Leistung des Transformators als Produkt bei Spannung konstant V multipliziert mit Strom I ist konstant.

Wir können sagen, dass die Leistung in der Primärwicklung gleich der Leistung in der Sekundärseite ist, da der Transformator sich darum kümmert. Wenn der Transformator die Spannung erhöht, wird der Strom verringert, und wenn die Spannung verringert wird, wird der Strom erhöht, um die Ausgangsleistung konstant zu halten.

Daher entspricht die Primärleistung der Sekundärleistung.

$$P_{Primary}\:=\:P_{Secondary}$$

$$V_{P}I_{P}\cos \phi_{P}\:=\:V_{S}I_{S}\cos \phi_{S}$$

Wo ∅_P = Primärphasenwinkel und ∅_S = Sekundärphasenwinkel.

Wirkungsgrad eines Transformators

Die Höhe oder Intensität des Leistungsverlusts in einem Transformator bestimmt den Wirkungsgrad des Transformators. Der Wirkungsgrad kann als Leistungsverlust zwischen Primär- und Sekundärteil eines Transformators verstanden werden.

Daher kann das Verhältnis der Leistungsabgabe der Sekundärwicklung zur Leistungsaufnahme der Primärwicklung als angegeben werden Efficiency of the transformer. Dies kann geschrieben werden als

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:output}{Power\:input}\:\times\:100 \%$$

Effizienz wird im Allgemeinen mit bezeichnet η. Die oben angegebene Gleichung gilt für einen idealen Transformator, bei dem keine Verluste auftreten und die gesamte Energie im Eingang auf den Ausgang übertragen wird.

Wenn also Verluste berücksichtigt werden und der Wirkungsgrad unter praktischen Bedingungen berechnet wird, ist die folgende Gleichung zu berücksichtigen.

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:output}{Power\:output\:+\:Copper\:losses\:+\:Core\:losses}\:\times\:100 \%$$

Andernfalls kann es auch als geschrieben werden

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:input\:-\:Losses}{Power\:input}\:\times\:100$$

$$1\:-\:\frac{Losses}{Input\:Power}\:\times\:100$$

Es ist anzumerken, dass die Eingabe, Ausgabe und Verluste alle als Leistung ausgedrückt werden, dh in Watt.

Beispiel

Stellen Sie sich einen Transformator mit einer Eingangsleistung von 12 kW vor, der für einen Strom von 62,5 Ampere mit einem äquivalenten Widerstand von 0,425 Ohm ausgelegt ist. Berechnen Sie den Wirkungsgrad des Transformators.

Solution −

Gegebene Daten

• Eingangsleistung = 12KW
• Nennstrom = 62,5 Ampere
• Äquivalenter Widerstand = 0,425 Ohm

Berechnung des Verlustes -

Der Kupferverlust bei Nennstrom beträgt I ² R = (62,5) ² (0,425) = 1660 W.

Wir haben

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:input\:-\:Losses}{Power\:input}\:\times\:100$$

Daher,

$$\eta\:=\:\frac{12000\:-\:1660}{12000}\:\times\:100$$

$$\eta\:=\:\frac{10340}{12000}\:\times\:100$$

$$\eta\:=\:0.861\:\times\:100\:=\:86 \%$$

Daher beträgt der Wirkungsgrad des Transformators 86%.

Nachdem wir uns mit verschiedenen Komponenten vertraut gemacht haben, konzentrieren wir uns auf eine weitere wichtige Komponente auf dem Gebiet der Elektronik, die als a bekannt ist Diode. Eine Halbleiterdiode ist eine elektronische Komponente mit zwei Anschlüssen und einem PN-Übergang. Dies wird auch als bezeichnetRectifier.

Das anode Welches ist die positive terminal einer Diode ist mit dargestellt A und die cathode, das ist die negative terminal ist vertreten mit K. Um die Anode und Kathode einer praktischen Diode zu kennen, wird eine feine Linie auf die Diode gezogen, was Kathode bedeutet, während das andere Ende eine Anode darstellt.

Da wir bereits über die Halbleiter vom P- und N-Typ und das Verhalten ihrer Träger gesprochen hatten, versuchen wir nun, diese Materialien miteinander zu verbinden, um zu sehen, was passiert.

Bildung einer Diode

Wenn ein Material vom P-Typ und ein Material vom N-Typ nahe beieinander gebracht werden, verbinden sich beide, um eine Verbindung zu bilden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Ein P-Typ hat holes als die majority carriers und ein Material vom N-Typ hat electrons als die majority carriers. Wenn sich entgegengesetzte Ladungen anziehen, tendieren wenige Löcher vom P-Typ dazu, zur n-Seite zu gehen, während wenige Elektronen vom N-Typ dazu neigen, zur P-Seite zu gehen.

Während beide in Richtung des Übergangs wandern, rekombinieren Löcher und Elektronen miteinander, um zu neutralisieren und Ionen zu bilden. In diesem Übergang gibt es nun einen Bereich, in dem die positiven und negativen Ionen gebildet werden, der als PN-Übergang oder Verbindungsbarriere bezeichnet wird, wie in der Abbildung gezeigt.

Die Bildung negativer Ionen auf der P-Seite und positiver Ionen auf der N-Seite führt zur Bildung eines engen geladenen Bereichs auf beiden Seiten des PN-Übergangs. Diese Region ist jetzt frei von beweglichen Ladungsträgern. Die hier vorhandenen Ionen waren stationär und halten einen Raumbereich zwischen ihnen ohne Ladungsträger aufrecht.

Da dieser Bereich als Barriere zwischen Materialien vom P- und N-Typ wirkt, wird dies auch als bezeichnet Barrier junction. Dies hat einen anderen Namen alsDepletion regionwas bedeutet, dass beide Regionen erschöpft sind. Es tritt eine Potentialdifferenz VD aufgrund der Bildung von Ionen über dem als bezeichneten Übergang aufPotential Barrier da es eine weitere Bewegung von Löchern und Elektronen durch den Übergang verhindert.

Vorspannung einer Diode

Wenn eine Diode oder eine Komponente mit zwei Anschlüssen in einer Schaltung angeschlossen ist, hat sie bei der gegebenen Versorgung zwei vorgespannte Zustände. Sie sindForward biased Zustand und Reverse biasedBedingung. Lassen Sie uns sie im Detail wissen.

Vorwärts vorgespannter Zustand

Wenn eine Diode in einer Schaltung angeschlossen ist, mit ihrer anode to the positive Terminal und cathode to the negative Anschluss der Versorgung, dann soll eine solche Verbindung sein forward biasedBedingung. Diese Art der Verbindung macht die Schaltung immer vorwärts vorgespannt und hilft bei mehr Leitung. Eine Diode leitet gut in vorwärts vorgespanntem Zustand.

Reverse Bias Condition

Wenn eine Diode in einer Schaltung angeschlossen ist, mit ihrer anode to the negative Terminal und cathode to the positive Anschluss der Versorgung, dann soll eine solche Verbindung sein Reverse biasedBedingung. Diese Art der Verbindung führt dazu, dass die Schaltung immer mehr in Sperrrichtung vorgespannt wird und die Leitung minimiert und verhindert wird. Eine Diode kann nicht in einem in Sperrrichtung vorgespannten Zustand leiten.

Versuchen wir nun zu wissen, was passiert, wenn eine Diode in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung angeschlossen ist.

Arbeiten unter Forward Bias

Wenn eine externe Spannung an eine Diode angelegt wird, so dass sie die Potentialbarriere aufhebt und den Stromfluss zulässt, wird dies als bezeichnet forward bias. Wenn Anode und Kathode mit positiven bzw. negativen Anschlüssen verbunden sind, neigen die Löcher im P-Typ und die Elektronen im N-Typ dazu, sich über den Übergang zu bewegen und die Barriere zu durchbrechen. Damit besteht ein freier Stromfluss, wodurch die Barriere nahezu beseitigt wird.

Mit der Abstoßungskraft, die durch den positiven Anschluss an Löcher und durch den negativen Anschluss an Elektronen bereitgestellt wird, findet die Rekombination im Übergang statt. Die Versorgungsspannung sollte so hoch sein, dass sie die Bewegung von Elektronen und Löchern durch die Barriere zwingt und diese überquert, um sie bereitzustellenforward current.

Durchlassstrom ist der Strom, der von der Diode im vorwärtsgerichteten Zustand erzeugt wird, und wird durch angezeigt I_f.

Arbeiten unter Reverse Bias

Wenn eine externe Spannung an eine Diode angelegt wird, die die Potentialbarriere erhöht und den Stromfluss einschränkt, spricht man von Reverse bias. Wenn Anode und Kathode mit negativen bzw. positiven Anschlüssen verbunden sind, werden die Elektronen zum positiven Anschluss und Löcher zum negativen Anschluss angezogen. Daher sind beide von der potenziellen Barriere entferntincreasing the junction resistance und Verhindern, dass ein Elektron den Übergang kreuzt.

Die folgende Abbildung erklärt dies. Der Leitungsgraph, wenn kein Feld angelegt wird und wenn ein externes Feld angelegt wird, wird ebenfalls gezeichnet.

Mit zunehmender Sperrvorspannung weist der Übergang nur wenige Minoritätsträger auf, um den Übergang zu überqueren. Dieser Strom ist normalerweise vernachlässigbar. Dieser Rückstrom ist nahezu konstant, wenn die Temperatur konstant ist. Wenn diese Sperrspannung jedoch weiter ansteigt, wird ein Punkt genanntreverse breakdown occurs, wo eine Stromlawine durch die Verbindungsstelle fließt. Dieser hohe Rückstrom beschädigt das Gerät.

Reverse current ist der Strom, der von der Diode erzeugt wird, wenn sie in einem in Sperrrichtung vorgespannten Zustand arbeitet, und wird durch angezeigt I_r. Daher liefert eine Diode einen Pfad mit hohem Widerstand in einem in Sperrrichtung vorgespannten Zustand und leitet nicht, wo sie in einem in Vorwärtsrichtung vorgespannten Zustand einen Pfad mit niedrigem Widerstand liefert und leitet. Wir können daher den Schluss ziehen, dass eine Diode eine Einwegvorrichtung ist, die in Vorwärtsrichtung leitet und als Isolator in Rückwärtsrichtung wirkt. Durch dieses Verhalten funktioniert es als Gleichrichter, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt.

Inverse Spitzenspannung

Die inverse Spitzenspannung wird kurz als bezeichnet PIV. Es gibt die maximale Spannung an, die in Sperrrichtung angelegt wird. Die maximale inverse Spannung kann definiert werden als „The maximum reverse voltage that a diode can withstand without being destroyed”. Daher wird diese Spannung während eines in Sperrrichtung vorgespannten Zustands berücksichtigt. Es gibt an, wie eine Diode sicher in Sperrrichtung betrieben werden kann.

Zweck einer Diode

Eine Diode wird verwendet, um den elektrischen Stromfluss in einer Richtung, dh in Vorwärtsrichtung, und in Rückwärtsrichtung zu blockieren. Dieses Prinzip der Diode macht es alsRectifier.

Damit eine Schaltung den Stromfluss in eine Richtung zulässt, aber in die andere Richtung stoppt, ist die Gleichrichterdiode die beste Wahl. Und so kam es dass deroutput wird sein DCEntfernen der AC-Komponenten. Die Schaltungen wie Halbwellen- und Vollwellengleichrichter werden unter Verwendung von Dioden hergestellt, die untersucht werden könnenElectronic Circuits Tutorials.

Eine Diode wird auch als verwendet Switch. Es hilft ein schnelleres Ein- und Ausschalten für die Ausgabe, die in einer schnellen Rate erfolgen sollte.

V - I Eigenschaften einer Diode

Eine praktische Schaltungsanordnung für eine PN-Sperrschichtdiode ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Ein Amperemeter ist in Reihe und ein Voltmeter parallel geschaltet, während die Versorgung über einen variablen Widerstand gesteuert wird.

Während des Betriebs, wenn sich die Diode in einem vorwärts vorgespannten Zustand befindet, wird bei einer bestimmten Spannung die Potentialbarriere beseitigt. Eine solche Spannung heißtCut-off Voltage oder Knee Voltage. Wenn die Durchlassspannung den Grenzwert überschreitet, steigt der Durchlassstrom exponentiell an, und wenn dies weiter erfolgt, wird das Gerät durch Überhitzung beschädigt.

Das folgende Diagramm zeigt den Zustand der Diodenleitung unter vorwärts und rückwärts vorgespannten Bedingungen.

Während der Sperrvorspannung existiert Strom, der durch Minoritätsträger erzeugt wird, bekannt als „Reverse current”. Mit zunehmender Sperrspannung steigt dieser Sperrstrom an und bricht an einem Punkt plötzlich zusammen, was zur dauerhaften Zerstörung der Verbindungsstelle führt.

Es gibt viele Arten von Dioden, die von vielen Faktoren abhängen, wie der verwendeten Frequenz, ihrer Arbeitsweise und Konstruktion, ihren Anwendungen usw. Lassen Sie uns einige davon durchgehen.

Sperrschichtdioden

Die Sperrschichtdioden sind die normalen PN-Sperrschichtdioden, unterscheiden sich jedoch im Aufbau. Es gibt drei Arten von Sperrschichtdioden, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Gleichrichterdiode

Diese Dioden sind die normalen PN-Sperrschichtdioden, durch die nur in einer Richtung Strom fließt und in der anderen Richtung stoppt. Diese Dioden werden in Gleichrichterschaltungen verwendet, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln.

In der obigen Abbildung sehen wir dieselben Gleichrichterdioden mit einer Metallprojektion. Dies wird der Diode hinzugefügt, um die Wärmeverteilung zu minimieren, die die Diode manchmal beeinflussen kann. Eine solche Metallprojektion heißtHeat sink. Diese helfen bei der Verbesserung der Diodenleistung und die Dioden können hohen Leistungen standhalten, ohne beeinträchtigt zu werden.

Es gibt Schaltungen wie Half wave rectifier und Full wave rectifierSchaltungen, die diese Dioden verwenden. Diese Schaltkreise werden im Tutorial ELEKTRONISCHE SCHALTUNGEN erläutert. Diese Gleichrichterschaltungen werden in Stromversorgungsabschnitten vieler Schaltungen verwendet, in denen alternierender Eingangsstrom für diese Schaltungsanwendungen in Gleichstrom umgewandelt werden muss.

Zenerdiode

Dies ist eine spezielle Art von Diode, die einen Stromfluss nicht nur in Vorwärtsrichtung, sondern auch in Rückwärtsrichtung ermöglicht. Eine normale Diode wird beschädigt, wenn sie in Sperrrichtung betrieben wird, wenn der Sperrstrom über einem bestimmten Wert durch sie geleitet wird. Dieser „bestimmte Wert“ wird als der bezeichnetBreakdown voltage.

Die Durchbruchspannung einer Zenerdiode ist sehr niedrig. Aberthis diode allows the reverse current to pass through it, once this breakdown voltage is exceeded. Diese Durchbruchspannung wird als bezeichnetZener Voltage. Daher gibt es einen kontrollierten Durchschlag, der die Diode nicht beschädigt, wenn ein Rückstrom oberhalb der Zenerspannung durch eine Zenersdiode fließt.

Eine Zenerdiode in Sperrrichtung weist eine gesteuerte Durchbruchspannung auf und ermöglicht es dem Stromfluss, den Spannungswert über dieser Zenerdiode nahe am Zener-Durchbruchspannungswert zu halten. Dieser Wert der Zener-Durchbruchspannung ermöglicht die Auswahl einer beliebigen Zener-Diode für bestimmte Anwendungen.

Avalanche diodeist eine andere Diode, die die ähnlichen Eigenschaften einer Zenerdiode aufweist. Der Lawinendurchbruch erfolgt über den gesamten PN-Übergang, wenn der Spannungsabfall konstant und stromunabhängig ist. Diese Lawinendiode wird zur Fotodetektion verwendet.

VI Eigenschaften einer Zenerdiode

Die VI-Eigenschaften einer Zenerdiode sind für jede Diode bei Vorwärtsvorspannung gleich. Der Sperrvorspannungsbetrieb einer Zenerdiode macht es jedoch sehr wichtig, dies zu berücksichtigen. Schauen wir uns die Grafik an.

Der Punkt, an dem die Biegung in der Sperrvorspannungsoperation gezeigt wird, ist der Zener breakdown voltageDanach lässt die Diode hohe Rückströme durch. Diese Zenerspannung wird durch angezeigtV_Z. Diese unglaubliche Qualität der Zenerdiode machte sie zur zuverlässigsten und hat auch viele Anwendungen.

Anwendungen der Zenerdiode

Diese Diode hat viele Anwendungen wie -

• Es wird hauptsächlich als Spannungsregler verwendet.
• Liefert eine feste Referenzspannung in Transistorvorspannungsschaltungen.
• Zur Spitzenbegrenzung oder Begrenzung in Wellenformungsschaltungen.
• Als Überspannungsschutz in vielen Schaltkreisen.
• Zum Schutz des Messgeräts vor Beschädigungen durch versehentliche Anwendungen.

Schaltdiode

Dies ist eine normale Single-PN-Sperrschichtdiode, die speziell für Schaltzwecke entwickelt wurde. Diese Diode kann eindeutig zwei Zustände mit hohem und niedrigem Widerstand aufweisen, die alternativ verwendet werden können.

Die Sperrschichtkapazität dieser Diode wird sehr niedrig gemacht, um andere Effekte zu minimieren. Die Schaltgeschwindigkeit ist ziemlich hoch. Wenn die Diode einen hohen Widerstand hat, arbeitet sie als offener Schalter und wirkt bei niedrigem Widerstand als geschlossener Schalter. Dieser Übergang erfolgt in der Schaltdiode schneller als in jeder gewöhnlichen.

Anwendungen der Schaltdiode

Diese haben viele Anwendungen wie -

• Wird in Hochgeschwindigkeitsgleichrichterkreisen verwendet
• Wird in Ringmodulatoren verwendet
• Wird in Hochfrequenzempfängern verwendet
• Wird als Verpolungsschutz verwendet
• Wird sowohl für allgemeine als auch für Hochgeschwindigkeitsschaltanwendungen verwendet

Es gibt nur wenige Dioden, die für bestimmte Zwecke ausgelegt sind. Es gibt viele solcher Arten wie Transienten-Spannungsunterdrückungsdioden, Gold-dotierte Dioden, Super-Barriere-Dioden, Punktkontaktdioden, Peltier-Dioden usw. Abgesehen von diesen gibt es nur wenige prominente Dioden, die viele Anwendungen haben. Lass uns durch sie gehen.

Varaktordiode

Eine Sperrschichtdiode hat auf beiden Seiten zwei Potentiale, wobei der Verarmungsbereich als Dielektrikum wirken kann. Daher existiert eine Kapazität. Die Varactor-Diode ist eine Sonderfalldiode, die in Sperrrichtung betrieben wird, wobei die Sperrschichtkapazität variiert wird.

Die Varactor-Diode wird auch als bezeichnet Vari Cap oder Volt Cap. Die folgende Abbildung zeigt eine Varactor-Diode, die in Sperrrichtung angeschlossen ist.

Wenn die angelegte Sperrspannung erhöht wird, wird die width des dielektrischen Bereichs increases, welche reduces das junction capacitance. Wenn die Sperrspannung abnimmt, nimmt die Breite des Dielektrikums ab, was die Kapazität erhöht. Wenn diese Sperrspannung vollständig Null ist, dann ist diecapacitance wird an seinem sein maximum.

Die folgende Abbildung zeigt verschiedene Symbole für die Varactor-Diode, die ihre Funktion darstellt.

Obwohl alle Dioden diese Sperrschichtkapazität haben, wird die Varactor-Diode hauptsächlich hergestellt, um diesen Effekt zu nutzen und die Variationen dieser Sperrschichtkapazität zu erhöhen.

Anwendungen der Varaktordiode

Diese Diode hat viele Anwendungen wie -

• Es wird als spannungsvariabler Kondensator verwendet.
• Es wird im variablen LC-Tankkreis verwendet.
• Wird als automatische Frequenzregelung verwendet.
• Wird als Frequenzmodulator verwendet.
• Wird als HF-Phasenschieber verwendet.
• Wird als Frequenzvervielfacher in lokalen Oszillatorschaltungen verwendet.

Tunneldiode

Wenn die Verunreinigungskonzentration eines normalen PN-Übergangs stark erhöht ist, ist dies Tunnel diodegebildet. Es ist auch bekannt alsEsaki diodenach seinem Erfinder.

Wenn die Verunreinigungskonzentration in einer Diode zunimmt, nimmt die Breite des Verarmungsbereichs ab, wodurch eine zusätzliche Kraft auf die Ladungsträger ausgeübt wird, um den Übergang zu überqueren. Wenn diese Konzentration aufgrund der geringeren Breite des Verarmungsbereichs und der erhöhten Energie der Ladungsträger weiter erhöht wird, durchdringen sie die Potentialbarriere, anstatt darüber zu klettern. Dieses Eindringen kann verstanden werden alsTunneling und daher der Name, Tunnel diode.

Die Tunneldioden sind Geräte mit geringem Stromverbrauch und sollten mit Vorsicht behandelt werden, da sie leicht durch Hitze und statische Elektrizität beeinträchtigt werden. Die Tunneldiode weist spezifische VI-Eigenschaften auf, die ihre Funktionsweise erklären. Schauen wir uns die Grafik unten an.

Bedenken Sie, dass die Diode in ist forward-biased condition. Wenn die Durchlassspannung ansteigt, steigt der Strom schnell an und steigt bis zu einem Spitzenpunkt an, der als bezeichnet wirdPeak Current, bezeichnet durch I_P. Die Spannung an diesem Punkt wird als bezeichnetPeak Voltage, bezeichnet durch V_P. Dieser Punkt wird durch angezeigtA in der obigen Grafik.

Wenn die Spannung darüber hinaus weiter erhöht wird V_Pdann beginnt der Strom abzunehmen. Es nimmt bis zu einem Punkt ab, der als bezeichnet wirdValley Current, bezeichnet durch I_V. Die Spannung an diesem Punkt wird als bezeichnetValley Voltage, bezeichnet durch V_V. Dieser Punkt wird durch angezeigtB in der obigen Grafik.

Wenn die Spannung weiter erhöht wird, steigt der Strom wie bei einer normalen Diode. Bei größeren Werten der Durchlassspannung steigt der Strom weiter an.

Wenn wir bedenken, ist die Diode in reverse-biased conditiondann wirkt die Diode als ausgezeichneter Leiter, wenn die Sperrspannung ansteigt. Die Diode wirkt hier wie in einem negativen Widerstandsbereich.

Anwendungen von Tunneldioden

Es gibt viele Anwendungen für Tunneldioden wie -

• Wird als Hochgeschwindigkeitsschaltgerät verwendet
• Wird als Speichergerät verwendet
• Wird in Mikrowellenoszillatoren verwendet
• Wird in Relaxationsoszillatoren verwendet

Schottky Diode

Dies ist ein spezieller Diodentyp, bei dem ein PN-Übergang durch einen Metallhalbleiterübergang ersetzt wird. Der P-Halbleiter in einer normalen PN-Sperrschichtdiode wird durch ein Metall ersetzt und ein N-Typ-Material wird mit dem Metall verbunden. Diese Kombination hat keinen Verarmungsbereich zwischen sich. Die folgende Abbildung zeigt die Schottky-Diode und ihr Symbol.

Das in dieser Schottky-Diode verwendete Metall kann Gold, Silber, Platin oder Wolfram usw. sein. Auch für das andere Halbleitermaterial als Silizium wird meistens Galliumarsenid verwendet.

Betrieb

Wenn keine Spannung angelegt wird oder wenn die Schaltung unverzerrt ist, haben die Elektronen im Material vom N-Typ ein niedrigeres Energieniveau als die im Metall. Wenn die Diode dann in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, gewinnen diese Elektronen vom N-Typ etwas Energie und bewegen sich mit etwas höherer Energie. Daher werden diese Elektronen als bezeichnetHot Carriers.

Die folgende Abbildung zeigt eine Schottky-Diode, die in einer Schaltung angeschlossen ist.

Vorteile

Es gibt viele Vorteile der Schottky-Diode wie -

• Es ist eine unipolare Vorrichtung und daher werden keine Rückströme gebildet.
• Sein Vorwärtswiderstand ist gering.
• Spannungsabfälle sind sehr gering.
• Die Gleichrichtung mit der Schottky-Diode ist schnell und einfach.
• Es ist kein Verarmungsbereich vorhanden und daher keine Sperrschichtkapazität. Die Diode wird also schnell ausgeschaltet.

Anwendungen

Es gibt viele Anwendungen von Schottky-Dioden wie -

• Wird als Detektordiode verwendet
• Wird als Leistungsgleichrichter verwendet
• Wird in HF-Mischschaltungen verwendet
• Wird in Stromkreisen verwendet
• Wird als Klemmdiode verwendet

Dies sind die Dioden, die mit Licht betrieben werden. Das Wort "Opto" bedeutetLight. Es gibt Typen, deren Leitung von der Lichtintensität abhängt, und andere Typen, deren Leitung etwas Licht liefert. Jeder Typ hat seine eigenen Anwendungen. Lassen Sie uns die prominenten Typen unter diesen diskutieren.

Einige Dioden leiten entsprechend der Intensität des Lichts, das auf sie fällt. In dieser Kategorie gibt es zwei Haupttypen von Dioden. Sie sind Fotodioden und Solarzellen.

Fotodiode

Die Fotodiode ist, wie der Name schon sagt, ein PN-Übergang, der mit Licht arbeitet. Die Lichtintensität beeinflusst den Leitungsgrad in dieser Diode. Die Fotodiode hat ein Material vom P-Typ und ein Material vom N-Typ mit einemintrinsic Material oder a depletion region zwischen.

Diese Diode wird im Allgemeinen in betrieben reverse biasBedingung. Wenn das Licht auf den Verarmungsbereich fokussiert wird, werden Elektronen-Loch-Paare gebildet und es tritt ein Elektronenfluss auf. Diese Leitung von Elektronen hängt von der Intensität des fokussierten Lichts ab. Die folgende Abbildung zeigt eine praktische Fotodiode.

Die folgende Abbildung zeigt das Symbol für eine Fotodiode.

Wenn die Diode in Sperrrichtung angeschlossen ist, fließt aufgrund thermisch erzeugter Elektronenlochpaare ein kleiner Sperrstrom. Da der Strom in Sperrrichtung aufgrund von Minoritätsträgern fließt, hängt die Ausgangsspannung von diesem Sperrstrom ab. Wenn die auf den Übergang fokussierte Lichtintensität zunimmt, nimmt der Stromfluss aufgrund von Minoritätsträgern zu. Die folgende Abbildung zeigt die grundlegende Vorspannungsanordnung einer Fotodiode.

Die Fotodiode ist in einer Glasverpackung eingekapselt, damit das Licht darauf fallen kann. Um das Licht genau auf den Verarmungsbereich der Diode zu fokussieren, wird eine Linse wie oben dargestellt über dem Übergang platziert.

Selbst wenn kein Licht vorhanden ist, fließt eine kleine Strommenge, die als bezeichnet wird Dark Current. Durch Ändern des Beleuchtungspegels kann der Rückstrom geändert werden.

Vorteile der Fotodiode

Fotodiode hat viele Vorteile wie -

• Wenig Lärm
• Hoher Gewinn
• Hochgeschwindigkeitsbetrieb
• Hohe Lichtempfindlichkeit
• Kostengünstig
• Kleine Größe
• Lange Lebensdauer

Anwendungen von Fotodioden

Es gibt viele Anwendungen für Fotodioden wie -

• Zeichenerkennung
• Objekte können erkannt werden (sichtbar oder unsichtbar).
• Wird in Schaltkreisen verwendet, die eine hohe Stabilität und Geschwindigkeit erfordern.
• Wird bei der Demodulation verwendet
• Wird in Schaltkreisen verwendet
• Wird in Encodern verwendet
• Wird in optischen Kommunikationsgeräten verwendet

Eine andere Diode dieser Art ist die Solarzelle. Es wird als Zelle bezeichnet, obwohl es sich um eine Diode handelt. Kommen wir zu den Details.

Solarzelle

Zu den lichtabhängigen Dioden gehört eine Solarzelle, die eine normale PN-Sperrschichtdiode ist, deren Leitung jedoch durch den Ansturm von Photonen erfolgt, die in den Elektronenfluss umgewandelt werden. Dies ähnelt einer Fotodiode, hat jedoch ein weiteres Ziel, maximal einfallendes Licht in Energie umzuwandeln und zu speichern.

Die folgende Abbildung zeigt das Symbol einer Solarzelle.

Eine Solarzelle hat ihren Namen und ihr Symbol, das die Speicherung von Energie anzeigt, obwohl es sich um eine Diode handelt. Das Merkmal, mehr Energie zu extrahieren und zu speichern, konzentriert sich auf die Solarzelle.

Bau einer Solarzelle

Eine PN-Sperrschichtdiode mit einem intrinsischen Material im Deletionsbereich wird dazu gebracht, in ein Glas einzukapseln. Das Licht fällt mit dünnem Glas oben auf die maximal mögliche Fläche, um maximales Licht bei minimalem Widerstand zu sammeln.

Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau einer Solarzelle.

Wenn das Licht auf die Solarzelle fällt, kollidieren die Photonen im Licht mit Valenzelektronen. Die Elektronen werden angeregt, um die Elternatome zu verlassen. Somit wird ein Elektronenfluss erzeugt und dieser Strom ist direkt proportional zur auf die Solarzelle fokussierten Lichtintensität. Dieses Phänomen wird als das bezeichnetPhoto-Voltaic effect.

Die folgende Abbildung zeigt, wie eine Solarzelle aussieht und wie mehrere Solarzellen zusammen ein Solarpanel bilden.

Unterschied zwischen einer Fotodiode und einer Solarzelle

Die Fotodiode arbeitet schneller und konzentriert sich auf das Schalten, anstatt mehr Leistung am Ausgang bereitzustellen. Aus diesem Grund hat es einen niedrigen Kapazitätswert. Auch der Einfallsbereich der Lichtenergie ist bei Fotodioden entsprechend ihrer Anwendung geringer.

Eine Solarzelle konzentriert sich darauf, hohe Leistungsenergie zu liefern und diese zu speichern. Das hathigh capacitanceWert. Der Betrieb ist etwas langsamer als bei einer Fotodiode. Entsprechend dem Zweck der Solarzelle ist die Einfallsfläche des Lichts größer als die der Fotodiode.

Anwendungen von Solarzellen

Es gibt viele Anwendungen für Solarzellen wie -

Science and Technology

• Wird in Sonnenkollektoren für Satelliten verwendet
• Wird in der Telemetrie verwendet
• Wird in Fernbeleuchtungssystemen usw. verwendet.

Commercial Use

• Wird in Sonnenkollektoren zur Speicherung von Elektrizität verwendet
• Wird in tragbaren Netzteilen usw. verwendet.
• Wird für Haushaltszwecke wie Kochen und Heizen mit Solarenergie verwendet

Electronic

• Watches
• Calculators
• Elektronisches Spielzeug usw.

Einige Dioden emittieren Licht entsprechend der angelegten Spannung. In dieser Kategorie gibt es zwei Haupttypen von Dioden. Sie sind LEDs und Laserdioden.

LED (Leuchtdioden)

Dies ist die beliebteste Diode, die in unserem täglichen Leben verwendet wird. Dies ist auch eine normale PN-Sperrschichtdiode, mit der Ausnahme, dass anstelle von Silizium und Germanium Materialien wie Galliumarsenid, Galliumarsenidphosphid bei ihrer Konstruktion verwendet werden.

Die folgende Abbildung zeigt das Symbol einer Leuchtdiode.

Wie eine normale PN-Sperrschichtdiode ist diese im Vorwärtsvorspannungszustand angeschlossen, so dass die Diode leitet. Die Leitung findet in einer LED statt, wenn sich die freien Elektronen im Leitungsband mit den Löchern im Valenzband verbinden. Dieser Rekombinationsprozess emittiertlight. Dieser Vorgang wird als bezeichnetElectroluminescence. Die Farbe des emittierten Lichts hängt von der Lücke zwischen den Energiebändern ab.

Die verwendeten Materialien wirken sich auch auf die Farben aus: Galliumarsenidphosphid emittiert entweder rot oder gelb, Galliumphosphid emittiert entweder rot oder grün und Galliumnitrat emittiert blaues Licht. Während Galliumarsenid Infrarotlicht emittiert. Die LEDs für nicht sichtbares Infrarotlicht werden hauptsächlich in Fernbedienungen verwendet.

Die folgende Abbildung zeigt, wie die praktischen LEDs in verschiedenen Farben aussehen.

Die LED in der obigen Abbildung hat eine flache Seite und eine gekrümmte Seite. Die Leitung an der flachen Seite ist kürzer als die andere, um anzuzeigen, dass die kürzere ist Cathode oder negativer Anschluss und der andere ist Anode oder der positive Anschluss.

Die Grundstruktur der LED ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Wie in der obigen Abbildung gezeigt, wird die Energie beim Springen der Elektronen in die Löcher spontan in Form von Licht abgeführt. LED ist ein stromabhängiges Gerät. Die Intensität des Ausgangslichts hängt vom Strom durch die Diode ab.

Vorteile von LED

Es gibt viele Vorteile von LED wie -

• Hohe Effizienz
• Schnelle Geschwindigkeit
• Hohe Zuverlässigkeit
• Geringe Wärmeableitung
• Größere Lebensdauer
• Kostengünstig
• Einfach zu steuern und zu programmieren
• Hohe Helligkeit und Intensität
• Niedrige Spannungs- und Stromanforderungen
• Weniger Verkabelung erforderlich
• Niedrige Wartungskosten
• Keine UV-Strahlung
• Sofortiger Lichteffekt

Anwendungen von LED

Es gibt viele Anwendungen für LED wie -

In Displays

• Speziell für die Sieben-Segment-Anzeige verwendet
• Digitaluhren
• Mikrowellen
• Verkehrssignalisierung
• Anzeigetafeln in Eisenbahnen und öffentlichen Plätzen
• Toys

In Electronic Appliances

• Stereotuner
• Calculators
• Gleichstromversorgungen
• Ein / Aus-Anzeigen in Verstärkern
• Betriebsanzeigen

Commercial Use

• Infrarotlesbare Maschinen
• Barcodeleser
• Solid-State-Videoanzeigen

Optical Communications

• In optischen Schaltanwendungen
• Für optische Kopplung, bei der keine manuelle Hilfe verfügbar ist
• Informationsübertragung durch FOC
• Bildsensorschaltungen
• Einbruchalarm
• In Eisenbahnsignaltechniken
• Tür- und andere Sicherheitskontrollsysteme

So wie LED viele Vorteile und Anwendungen hat, gibt es eine weitere wichtige Diode namens Laserdiode, die auch viele erweiterte Funktionen und Möglichkeiten für die Zukunft bietet. Lassen Sie uns über Laserdioden diskutieren.

Laserdiode

Laserdiode ist eine weitere beliebte Diode für diese Art. Dies ist eine optische Diode, die Licht emittiert, jedoch mit einem stimulierten Prozess. Der NameLASER impliziert LNacht AVervielfältigung durch Szeitgesteuert EMission von RAdiation.

Stimulierte Emission

Dies ist eine PN-Sperrschichtdiode, deren Wirkung beginnt, wenn ein Lichtstrahl auf sie fällt. Wenn mit einem Lichtstrahl Photonen auf ein Atom einfallen, wird das Atom angeregt und erreicht ein oberes Niveau, das als a bezeichnet werden kannHigher Energy Level.

Das Atom verschiebt sich beim Übergang vom höheren Energieniveau zu a Lower Energy Level, es gibt frei two photons welche sind similar in characteristics zum einfallenden Photon und sind in equal phasedazu. Dieser Vorgang wird als bezeichnetStimulated Emission. Ein Atom kann im Allgemeinen für in diesem angeregten Zustand bleiben10^-8 secs von Zeit.

Das obige Verfahren legt also das Prinzip für die Laserdiode fest.

Prinzip der Laserdiode

Immer wenn ein Photon auf ein Atom fällt, wird dieses Atom von einem Zustand niedrigerer Energie in einen Zustand höherer Energie angeregt und dabei werden zwei Photonen freigesetzt. Tatsächlich kann ein Atom im Allgemeinen für diesen angeregten Zustand bleiben10^-8Sekunden Zeit. Um eine Verstärkung zu erreichen, wird das Atom während dieses angeregten Prozesses in einen anderen Zustand versetzt, der als bezeichnet wirdMeta Stable State welches unter dem höheren Energieniveau und über dem niedrigeren Energieniveau liegt.

Ein Atom kann in diesem Meta-stabilen Zustand bleiben 10^-3sek. Während das Atom daraus in den unteren Zustand gelangt, werden zwei Photonen freigesetzt. Wenn im angeregten Zustand mehr Atome vorhanden sind, bevor die Photonen auf die Atome treffen, dann haben wir dieLasing Effect.

In diesem Prozess müssen wir zwei Begriffe verstehen. Eine größere Anzahl von Atomen im Meta-stabilen Zustand als im Zustand niedrigerer Energie oder im Grundzustand wird als bezeichnetPopulation inversion. Dann wird Energie genannt, die es den Atomen ermöglicht, von einem Zustand niedrigerer Energie in einen Zustand höherer Energie zu senden, um die Populationsinversion zu erreichenPumping. Das istOptical pumping.

Vorteile

Es gibt viele Vorteile der Laserdiode wie -

• Die von Laserdioden verbrauchte Leistung ist viel geringer
• Höhere EIN / AUS-Schaltgeschwindigkeit
• Kompakter
• Weniger teuer
• Sie sind billiger als Lasergeneratoren
• Geringere Wahrscheinlichkeit von Stromschlägen

Nachteile

Es gibt wenige Nachteile von Laserdioden wie -

• Mehr divergierende Strahlen und damit Qualität sind nicht so gut
• Ihre Lebensdauer ist im Vergleich zu LED kürzer.
• Bei instabilen Netzteilen anfällig für Beschädigungen

Anwendungen

Es gibt viele Anwendungen von Laserdioden wie -

• Wird als Pump-Laser und Seed-Laser verwendet

• Wird in optischen Datenspeichern verwendet

• Wird in Laserdruckern und Laserfaxgeräten verwendet

• Wird in Laserpointern verwendet

• Wird in Barcodelesern verwendet

• Sie werden in DVD- und CD-Laufwerken verwendet

• Wird in der HD DVD- und BLU RAY-Technologie verwendet

• Hat viele industrielle Zwecke wie Wärmebehandlung, Verkleidung, Nahtschweißen usw.

• Hat viele Anwendungen in der Kommunikationstechnologie wie Datenverknüpfung und -übertragung.

Lassen Sie uns nach all diesen Versuchen versuchen, einige Begriffe zu verstehen.

Komponente

• Die Komponenten sind die einzelnen Grundelemente der Elektronik.
• Sie haben unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf ihre Konstruktion.
• Jede Komponente hat unterschiedliche Anwendungen.

Ex - Widerstand, Kondensator, Diode usw.

Schaltkreis

• Eine Schaltung ist ein Netzwerk verschiedener Komponenten
• Die Komponenten in der Schaltung überleben insgesamt einen beabsichtigten Zweck.
• Wenn ein Stromkreis aktiv sein muss, sollte er eine Stromquelle enthalten.

Ex - Clipper- und Clamper-Schaltungen, Verstärkerschaltungen, Relaisschaltungen usw.

Gerät

• Ein Gerät ist ein Gerät, das aus verschiedenen Schaltkreisen besteht.

• Alle Schaltkreise im Gerät tragen dazu bei, dass es seinen Zweck erfüllt.

• Ein Gerät kann zum Messen von Signalen, Erzeugen von Signalen, Steuern der Ergebnisse oder zum Schützen der Schaltkreise usw. verwendet werden.

Ex - CRO, Funktionsgenerator etc.

Solid State Geräte

Früher hatten wir Vakuumröhren, die nach dem thermionischen Prinzip arbeiten und im Inneren mit Vakuum gefüllt sind. Sie waren größer als die heutigen Komponenten. Diese Vakuumröhren wurden durch Halbleiterbauelemente ersetzt, die auch als bezeichnet werdenSolid state devices.

Aktive Geräte

Die Geräte (oder genau Komponenten), die den Stromfluss steuern können, können als aktive Geräte bezeichnet werden.

• Sie benötigen eine Eingangsstromversorgung, um in die Leitung zu gelangen.
• Die Arbeitsweise dieser Komponenten definiert das Verhalten der Schaltung.

Ex - Vakuumröhren, Dioden, Transistoren, SCRs

Passive Geräte

Die Geräte (oder genau Komponenten), die den Stromfluss nicht steuern können, können als passive Geräte bezeichnet werden.

• Sie benötigen keine Eingangsstromversorgung, um zu funktionieren.
• Die Funktionsweise dieser Komponenten verändert das Verhalten der Schaltung geringfügig.

Ex - Widerstand, Kondensator, Induktor usw.

Doping

Der Prozess des Hinzufügens von Elektronen oder des Erzeugens von Löchern zum Ändern der Eigenschaften des Halbleitermaterials, entweder durch positiveres oder negativeres Erzeugen, kann als verstanden werden Doping.

Die Anwendungen von Dioden umfassen viele Schaltkreise, beginnend mit Clipper- und Clamper-Schaltkreisen, die im Tutorial ELECTRONIC CIRCUITS erläutert werden.

Nachdem wir gute Kenntnisse über die Funktionsweise der Diode haben, bei der es sich um einen einzelnen PN-Übergang handelt, versuchen wir, zwei PN-Übergänge zu verbinden, aus denen eine neue Komponente namens besteht Transistor. EINTransistor ist ein Halbleiterbauelement mit drei Anschlüssen, das den Strom- oder Spannungsfluss reguliert und als Schalter oder Gate für Signale fungiert.

Warum brauchen wir Transistoren?

Angenommen, Sie haben einen FM-Empfänger, der das gewünschte Signal erfasst. Das empfangene Signal ist offensichtlich aufgrund der Störungen, denen es während seiner Fahrt ausgesetzt sein würde, schwach. Wenn dieses Signal so gelesen wird, wie es ist, können Sie keine faire Ausgabe erhalten. Daher müssen wir das Signal verstärken.Amplification bedeutet die Erhöhung der Signalstärke.

Dies ist nur eine Instanz. Eine Verstärkung ist überall dort erforderlich, wo die Signalstärke erhöht werden muss. Dies geschieht durch einen Transistor. Ein Transistor wirkt auch alsswitchum zwischen verfügbaren Optionen zu wählen. Es auchregulates das eingehende current and voltage der Signale.

Konstruktive Details eines Transistors

Der Transistor ist eine Festkörpervorrichtung mit drei Anschlüssen, die durch Anschließen zweier Dioden aneinander gebildet wird. Daher hat estwo PN junctions. Aus den drei darin enthaltenen Halbleitermaterialien werden drei Anschlüsse gezogen. Diese Art der Verbindung bietet zwei Arten von Transistoren. Sie sindPNP und NPN was bedeutet, dass ein Material vom N-Typ zwischen zwei P-Typen und das andere ein Material vom P-Typ zwischen zwei N-Typen ist.

Der Aufbau der Transistoren ist wie in der folgenden Abbildung gezeigt, die die oben diskutierte Idee erklärt.

Die drei vom Transistor gezogenen Anschlüsse zeigen die Emitter-, Basis- und Kollektoranschlüsse an. Sie haben ihre Funktionalität wie unten beschrieben.

Emitter

• Die linke Seite der oben gezeigten Struktur kann verstanden werden als Emitter.

• Das hat eine moderate size und ist heavily doped als seine Hauptfunktion ist zu supply eine Anzahl von majority carriersdh entweder Elektronen oder Löcher.

• Da dies Elektronen emittiert, wird es als Emitter bezeichnet.

• Dies wird einfach mit dem Buchstaben angezeigt E.

Base

• Das mittlere Material in der obigen Abbildung ist das Base.

• Das ist thin und lightly doped.

• Seine Hauptfunktion ist zu pass die Mehrheit trägt vom Emitter zum Kollektor.

• Dies wird durch den Buchstaben angezeigt B.

Kollektor

• Das Material auf der rechten Seite in der obigen Abbildung kann als verstanden werden Collector.

• Sein Name impliziert seine Funktion von collecting the carriers.

• Das ist a bit largerin der Größe als Emitter und Basis. Es istmoderately doped.

• Dies wird durch den Buchstaben angezeigt C.

Die Symbole der PNP- und NPN-Transistoren sind wie folgt.

Das arrow-head in den obigen Figuren angegeben die emittereines Transistors. Da der Kollektor eines Transistors viel mehr Leistung verbrauchen muss, wird er groß gemacht. Aufgrund der spezifischen Funktionen von Emitter und Kollektor sind sienot interchangeable. Daher sind bei Verwendung eines Transistors immer die Anschlüsse zu beachten.

In einem praktischen Transistor befindet sich zur Identifizierung eine Kerbe in der Nähe der Emitterleitung. Die PNP- und NPN-Transistoren können mit einem Multimeter unterschieden werden. Die folgende Abbildung zeigt, wie verschiedene praktische Transistoren aussehen.

Wir haben bisher die konstruktiven Details eines Transistors diskutiert, aber um die Funktionsweise eines Transistors zu verstehen, müssen wir zuerst die Vorspannung kennen.

Transistorvorspannung

Da wir wissen, dass ein Transistor eine Kombination aus zwei Dioden ist, haben wir hier zwei Übergänge. Da sich eine Verbindung zwischen dem Emitter und der Basis befindet, wird dies als bezeichnetEmitter-Base junction und ebenso ist der andere Collector-Base junction.

Biasingsteuert den Betrieb der Schaltung durch Bereitstellung einer Stromversorgung. Die Funktion beider PN-Übergänge wird gesteuert, indem die Schaltung durch eine Gleichstromversorgung vorgespannt wird. Die folgende Abbildung zeigt, wie ein Transistor vorgespannt ist.

Wenn man sich die obige Figur ansieht, versteht man das

• Das Material vom N-Typ wird negativ versorgt, und das Material vom P-Typ wird positiv versorgt, um die Schaltung herzustellen Forward bias.

• Das Material vom N-Typ wird positiv versorgt und das Material vom P-Typ wird negativ versorgt, um die Schaltung herzustellen Reverse bias.

Durch Anwenden der Kraft wird die emitter base junction ist immer forward biasedda der Emitterwiderstand sehr klein ist. Dascollector base junction ist reverse biasedund sein Widerstand ist etwas höher. Am Emitterübergang ist eine kleine Vorwärtsvorspannung ausreichend, während am Kollektorübergang eine hohe Rückwärtsvorspannung angelegt werden muss.

Die in den obigen Schaltkreisen angegebene Stromrichtung, auch als bezeichnet Conventional Currentist die Bewegung des Lochstroms, die ist opposite to the electron current.

Betrieb PNP-Transistor

Der Betrieb eines PNP-Transistors kann durch einen Blick auf die folgende Figur erklärt werden, in der der Emitter-Basis-Übergang in Vorwärtsrichtung und der Kollektor-Basis-Übergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist.

Die Spannung V_EEliefert am Emitter ein positives Potential, das die Löcher im Material vom P-Typ abstößt, und diese Löcher kreuzen den Emitter-Basis-Übergang, um den Basisbereich zu erreichen. Dort rekombinieren nur sehr wenige Prozent der Löcher mit freien Elektronen der N-Region. Dies liefert einen sehr geringen Strom, der den Basisstrom darstelltI_B. Die verbleibenden Löcher kreuzen den Kollektor-Basis-Übergang, um einen Kollektorstrom zu bildenI_C, das ist der Lochstrom.

Wenn ein Loch den Kollektoranschluss erreicht, füllt ein Elektron vom Minuspol der Batterie den Raum im Kollektor. Dieser Fluss nimmt langsam zu und der Elektronenminderheitsstrom fließt durch den Emitter, wo jedes Elektron in den positiven Anschluss von eintrittV_EEwird durch ein Loch ersetzt, indem man sich in Richtung des Emitterübergangs bewegt. Dies ist ein EmitterstromI_E.

Daher können wir verstehen, dass -

• Die Leitung in einem PNP-Transistor erfolgt durch Löcher.
• Der Kollektorstrom ist etwas geringer als der Emitterstrom.
• Die Zunahme oder Abnahme des Emitterstroms beeinflusst den Kollektorstrom.

Betrieb NPN-Transistor

Der Betrieb eines NPN-Transistors kann durch einen Blick auf die folgende Figur erklärt werden, in der der Emitter-Basis-Übergang in Vorwärtsrichtung und der Kollektor-Basis-Übergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist.

Die Spannung V_EEliefert am Emitter ein negatives Potential, das die Elektronen im Material vom N-Typ abstößt, und diese Elektronen kreuzen den Emitter-Basis-Übergang, um den Basisbereich zu erreichen. Dort rekombinieren sehr wenige Prozent der Elektronen mit freien Löchern der P-Region. Dies liefert einen sehr geringen Strom, der den Basisstrom darstelltI_B. Die verbleibenden Löcher kreuzen den Kollektor-Basis-Übergang, um den Kollektorstrom zu bildenI_C.

Wenn ein Elektron aus dem Kollektoranschluss herauskommt und in den positiven Anschluss der Batterie eintritt, wird ein Elektron vom negativen Anschluss der Batterie entfernt V_EEtritt in den Emitterbereich ein. Dieser Fluss nimmt langsam zu und der Elektronenstrom fließt durch den Transistor.

Daher können wir verstehen, dass -

• Die Leitung in einem NPN-Transistor erfolgt durch Elektronen.
• Der Kollektorstrom ist höher als der Emitterstrom.
• Die Zunahme oder Abnahme des Emitterstroms beeinflusst den Kollektorstrom.

Vorteile

Es gibt viele Vorteile eines Transistors wie -

• Hochspannungsverstärkung.
• Eine niedrigere Versorgungsspannung ist ausreichend.
• Am besten für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch geeignet.
• Kleiner und leichter.
• Mechanisch stärker als Vakuumröhren.
• Keine externe Heizung erforderlich wie bei Vakuumröhren.
• Sehr gut geeignet zur Integration mit Widerständen und Dioden zur Herstellung von ICs.

Es gibt nur wenige Nachteile, da sie aufgrund der geringeren Verlustleistung nicht für Hochleistungsanwendungen verwendet werden können. Sie haben eine niedrigere Eingangsimpedanz und sind temperaturabhängig.

Ein Transistor hat 3 Anschlüsse, den Emitter, die Basis und den Kollektor. Mit diesen 3 Anschlüssen kann der Transistor in einer Schaltung mit einem Anschluss verbunden werden, der sowohl dem Eingang als auch dem Ausgang in 3 verschiedenen möglichen Konfigurationen gemeinsam ist.

Die drei Arten von Konfigurationen sind Common Base, Common Emitter und Common CollectorKonfigurationen. In jeder Konfiguration ist der Emitterübergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt und der Kollektorübergang ist in Rückwärtsrichtung vorgespannt.

Common Base (CB) -Konfiguration

Der Name selbst impliziert, dass der Basisanschluss als gemeinsamer Anschluss sowohl für den Eingang als auch für den Ausgang des Transistors verwendet wird. Die gemeinsame Basisverbindung für NPN- und PNP-Transistoren ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Betrachten wir zum besseren Verständnis den NPN-Transistor in der CB-Konfiguration. Wenn die Emitterspannung angelegt wird, während sie in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, stoßen die Elektronen vom negativen Anschluss die Emitterelektronen ab und der Strom fließt durch den Emitter und die Basis zum Kollektor, um den Kollektorstrom beizutragen. Die KollektorspannungV_CB wird dabei konstant gehalten.

In der CB-Konfiguration ist der Eingangsstrom der Emitterstrom I_E und der Ausgangsstrom ist der Kollektorstrom I_C.

Current Amplification Factor (α)

Das Verhältnis der Änderung des Kollektorstroms ($\Delta I_{C}$) auf die Änderung des Emitterstroms ($\Delta I_{E}$) bei Kollektorspannung V_CB wird konstant gehalten, heißt als Current amplification factor. Es wird mit α bezeichnet.

$$\alpha\:=\:\frac{\Delta I_{C}}{\Delta I_{E}}\:\:at\:constant\:V_{CB}$$

Ausdruck für Kollektorstrom

Lassen Sie uns mit der obigen Idee versuchen, einen Ausdruck für den Kollektorstrom zu zeichnen. Zusammen mit dem fließenden Emitterstrom fließt eine gewisse Menge an Basisstrom IB durch den Basisanschluss aufgrund der Elektronenlochrekombination. Da der Kollektor-Basis-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt ist, fließt aufgrund von Minoritätsladungsträgern ein weiterer Strom. Dies ist der Leckstrom, der verstanden werden kann alsI_leakage. Dies ist auf Ladungsträger von Minderheiten zurückzuführen und daher sehr gering.

Der Emitterstrom, der den Kollektoranschluss erreicht, beträgt

$$\mathbf{\mathit{\alpha I_{E}}}$$

Gesamtkollektorstrom

$$I_{C}\:=\:\alpha I_{E}\:+\:I_{leakage}$$

Wenn die Emitter-Basis-Spannung V _EB = 0 ist, fließt selbst dann ein kleiner Leckstrom, der als I _CBO (Kollektor-Basis-Strom mit offenem Ausgang) bezeichnet werden kann.

Der Kollektorstrom kann daher ausgedrückt werden als

$$I_{C}\:=\:\alpha I_{E}\:+\:I_{CBO}$$

$$I_{E}\:=\:I_{C}\:+\:I_{B}$$

$$I_{C}\:=\:\alpha(I_{C}\:+\:I_{B})\:+\:I_{CBO}$$

$$I_{C}(1\:-\:\alpha)\:=\:\alpha I_{B}\:+\:I_{CBO}$$

$$I_{C}\:=\:(\frac{\alpha}{1\:-\:\alpha})\: I_{B}\:+\:(\frac{I_{CBO}}{1\:-\:\alpha})$$

$$I_{C}\:=\:(\frac{\alpha}{1\:-\:\alpha})\: I_{B}\:+\:(\frac{1}{1\:-\:\alpha})I_{CBO}$$

Daher ist das oben abgeleitete der Ausdruck für den Kollektorstrom. Der Wert des Kollektorstroms hängt vom Basisstrom und dem Leckstrom zusammen mit dem Stromverstärkungsfaktor des verwendeten Transistors ab.

Eigenschaften der CB-Konfiguration

• Diese Konfiguration bietet eine Spannungsverstärkung, jedoch keine Stromverstärkung.

• Sein V_CBkonstant, mit einem kleinen Anstieg der Emitter-Basis-Spannung V _EB , Emitter-StromI_E wird erhöht.

• Emitterstrom I_E ist unabhängig von der Kollektorspannung V_CB.

• Kollektorspannung V_CB kann den Kollektorstrom beeinflussen I_Cnur bei niedrigen Spannungen, wenn V _EB konstant gehalten wird.

• Der Eingangswiderstand ri ist das Verhältnis der Änderung der Emitter-Basis-Spannung ($\Delta{V_{EB}}$) auf die Änderung des Emitterstroms ($\Delta{I_{E}}$) bei konstanter Kollektor-Basisspannung V_CB.

  $$\eta\:=\:\frac{\Delta{V_{EB}}}{\Delta{I_{E}}}\:\:at\:constant\:V_{CB}$$

• Da der Eingangswiderstand sehr niedrig ist, reicht ein kleiner Wert von V _EB aus, um einen großen Stromfluss des Emitterstroms zu erzeugenI_E.

• Der Ausgangswiderstand r _o ist das Verhältnis der Änderung der Kollektorbasisspannung ($\Delta{V_{CB}}$) auf die Änderung des Kollektorstroms ($\Delta{I_{C}}$) bei konstantem Emitterstrom I_E.

  $$r_{o}\:=\:\frac{\Delta{V_{CB}}}{\Delta{I_{C}}}\: at\: constant\:l_{E}$$

• Da der Ausgangswiderstand einen sehr hohen Wert hat, ändert sich stark V_CB erzeugt eine sehr kleine Änderung des Kollektorstroms I_C.

• Diese Konfiguration bietet eine gute Stabilität gegen Temperaturanstieg.

• Die CB-Konfiguration wird für Hochfrequenzanwendungen verwendet.

Common Emitter (CE) -Konfiguration

Der Name selbst impliziert, dass die EmitterDer Anschluss wird als gemeinsamer Anschluss sowohl für den Eingang als auch für den Ausgang des Transistors verwendet. Die gemeinsame Emitterverbindung für NPN- und PNP-Transistoren ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Genau wie in der CB-Konfiguration ist der Emitterübergang in Vorwärtsrichtung und der Kollektorübergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt. Der Elektronenfluss wird auf die gleiche Weise gesteuert. Der Eingangsstrom ist der BasisstromI_B und der Ausgangsstrom ist der Kollektorstrom I_C Hier.

Base Current Amplification factor (β)

Das Verhältnis der Änderung des Kollektorstroms ($\Delta{I_{C}}$) auf die Änderung des Basisstroms ($\Delta{I_{B}}$) ist bekannt als Base Current Amplification Factor. Es wird mit β bezeichnet

$$\beta\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta{I_{B}}}$$

Beziehung zwischen β und α

Versuchen wir, die Beziehung zwischen dem Basisstromverstärkungsfaktor und dem Emitterstromverstärkungsfaktor abzuleiten.

$$\beta\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta{I_{B}}}$$

$$\alpha\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta{I_{E}}}$$

$$I_{E}\:=\:I_{B}\:+\:I_{C}$$

$$\Delta I_{E}\:=\:\Delta I_{B}\:+\:\Delta I_{C}$$

$$\Delta I_{B}\:=\:\Delta I_{E}\:-\:\Delta I_{C}$$

Wir können schreiben

$$\beta\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta I_{E}\:-\:\Delta I_{C}}$$

Teilen durch $$

$$ \ beta \: = \: \ frac {\ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}} \: - \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} $$

$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} $$

Wir haben

$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} $$

Deshalb,

$$ \ beta \: = \: \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} $$

Aus der obigen Gleichung ist ersichtlich, dass β unendlich wird, wenn sich α 1 nähert.

Daher, the current gain in Common Emitter connection is very high. Dies ist der Grund, warum diese Schaltungsverbindung hauptsächlich in allen Transistoranwendungen verwendet wird.

Ausdruck für Kollektorstrom

In der Common Emitter-Konfiguration I_B ist der Eingangsstrom und I_C ist der Ausgangsstrom.

Wir wissen

$$ I_ {E} \: = \: I_ {B} \: + \: I_ {C} $$

Und

$$ I_ {C} \: = \: \ alpha I_ {E} \: + \: I_ {CBO} $$

$$ = \: \ alpha (I_ {B} \: + \: I_ {C}) \: + \: I_ {CBO} $$

$$ I_ {C} (1 \: - \: \ alpha) \: = \: \ alpha I_ {B} \: + \: I_ {CBO} $$

$$ I_ {C} \: = \: \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} I_ {B} \: + \: \ frac {1} {1- \ alpha} \: I_ {CBO} $ $

Wenn der Basiskreis offen ist, dh wenn I_B = 0,

Der Kollektor-Emitter-Strom bei offener Basis ist I _CEO

$$ I_ {CEO} \: = \: \ frac {1} {1- \ alpha} \: I_ {CBO} $$

Wenn wir den Wert davon in die vorherige Gleichung einsetzen, erhalten wir

$$ I_ {C} \: = \: \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} I_ {B} \: + \: I_ {CEO} $$

$$ I_ {C} \: = \: \ beta I_ {B} \: + \: I_ {CEO} $$

Somit wird die Gleichung für den Kollektorstrom erhalten.

Kniespannung

In der CE-Konfiguration durch Beibehalten des Basisstroms I_B konstant, wenn V_CE ist vielfältig, I_C steigt fast auf 1v von V_CEund bleibt danach konstant. Dieser Wert vonV_CE bis zu welchem ​​Kollektorstrom I_C ändert sich mit V_CE heißt das Knee Voltage. Die Transistoren werden im CE-Betrieb oberhalb dieser Kniespannung betrieben.

Eigenschaften der CE-Konfiguration

• Diese Konfiguration bietet eine gute Stromverstärkung und Spannungsverstärkung.

• Halten V_CE konstant, mit einem kleinen Anstieg in V_BE der Basisstrom I_B steigt schneller als in CB-Konfigurationen.

• Für jeden Wert von V_CE über Kniespannung, I_C ist ungefähr gleich βI_B.

• Der Eingangswiderstand r_i ist das Verhältnis der Änderung der Basisemitterspannung ($ \ Delta {V_ {BE}}$) to the change in base current ($\ Delta {I_ {B}} $) bei konstanter Kollektor-Emitter-Spannung V_CE.

  $$ r_ {i} \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {BE}}} {\ Delta {I_ {B}}} \: at \: Konstante \: V_ {CE} $$

• Da der Eingangswiderstand einen sehr niedrigen Wert hat, ist ein kleiner Wert von V_BE reicht aus, um einen großen Stromfluss des Basisstroms zu erzeugen I_B.

• Der Ausgangswiderstand r_o ist das Verhältnis der Änderung der Kollektor-Emitter-Spannung ($ \ Delta {V_ {CE}}$) to the change in collector current ($\ Delta {I_ {C}} $) bei Konstante I_B.

  $$ r_ {o} \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {CE}}} {\ Delta {I_ {C}}} \: at \: Konstante \: I_ {B} $$

• Da der Ausgangswiderstand der CE-Schaltung geringer ist als der der CB-Schaltung.

• Diese Konfiguration wird normalerweise für Vorspannungsstabilisierungsverfahren und Audiofrequenzanwendungen verwendet.

Common Collector (CC) -Konfiguration

Der Name selbst impliziert, dass die CollectorDer Anschluss wird als gemeinsamer Anschluss sowohl für den Eingang als auch für den Ausgang des Transistors verwendet. Die gemeinsame Kollektorverbindung für NPN- und PNP-Transistoren ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Genau wie bei CB- und CE-Konfigurationen ist der Emitterübergang in Vorwärtsrichtung und der Kollektorübergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt. Der Elektronenfluss wird auf die gleiche Weise gesteuert. Der Eingangsstrom ist der BasisstromI_B und der Ausgangsstrom ist der Emitterstrom I_E Hier.

Current Amplification Factor (γ)

Das Verhältnis der Änderung des Emitterstroms ($ \ Delta {I_ {E}}$) to the change in base current ($\ Delta {I_ {B}} $) ist bekannt als Current Amplification factorin der Common Collector (CC) -Konfiguration. Es wird mit bezeichnetγ.

$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {E}}} {\ Delta {I_ {B}}} $$

• Die Stromverstärkung in der CC-Konfiguration ist dieselbe wie in der CE-Konfiguration.

• Die Spannungsverstärkung in der CC-Konfiguration beträgt immer weniger als 1.

Beziehung zwischen γ und α

Versuchen wir, eine Beziehung zwischen γ und α zu ziehen

$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {E}}} {\ Delta {I_ {B}}} $$

$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {C}}} {\ Delta {I_ {E}}} $$

$$ I_ {E} \: = \: I_ {B} \: + \: I_ {C} $$

$$ \ Delta I_ {E} \: = \: \ Delta I_ {B} \: + \: \ Delta I_ {C} $$

$$ \ Delta I_ {B} \: = \: \ Delta I_ {E} \: - \: \ Delta I_ {C} $$

Wenn wir den Wert von I _{B einsetzen} , erhalten wir

$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {E}}} {\ Delta {I_ {E}} \: - \: \ Delta I_ {C}} $$

Teilen durch $ \ Delta I_ {E} $

$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}}} {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}} \: - \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} $$

$$ \ frac {1} {1 \: - \: \ alpha} $$

$$ \ gamma \: = \: \ frac {1} {1 \: - \: \ alpha} $$

Ausdruck für Kollektorstrom

Wir wissen

$$ I_ {C} \: = \: \ alpha I_ {E} \: + \: I_ {CBO} $$

$$ I_ {E} \: = \: I_ {B} \: + \: I_ {C} \: = \: I_ {B} \: + \: (\ alpha I_ {E} \: + \: I_ {CBO}) $$

$$ I_ {E} (1 \: - \: \ alpha) \: = \: I_ {B} \: + \: I_ {CBO} $$

$$ I_ {E} \: = \: \ frac {I_ {B}} {1 \: - \: \ alpha} \: + \: \ frac {I_ {CBO}} {1 \: - \: \ alpha} $$

$$ I_ {C} \: \ cong \: I_ {E} \: = \: (\ beta \: + \: 1) I_ {B} \: + \: (\ beta \: + \: 1) I_ {CBO} $$

Das Obige ist der Ausdruck für den Kollektorstrom.

Eigenschaften der CC-Konfiguration

• Diese Konfiguration bietet eine Stromverstärkung, jedoch keine Spannungsverstärkung.

• In der CC-Konfiguration ist der Eingangswiderstand hoch und der Ausgangswiderstand niedrig.

• Die von dieser Schaltung bereitgestellte Spannungsverstärkung beträgt weniger als 1.

• Die Summe aus Kollektorstrom und Basisstrom entspricht dem Emitterstrom.

• Die Eingangs- und Ausgangssignale sind in Phase.

• Diese Konfiguration funktioniert als nicht invertierender Verstärkerausgang.

• Diese Schaltung wird hauptsächlich zur Impedanzanpassung verwendet. Das heißt, eine niederohmige Last von einer hochohmigen Quelle anzusteuern.

Die Gleichstromversorgung ist für den Betrieb eines Transistors vorgesehen. Diese Gleichstromversorgung wird den beiden PN-Übergängen eines Transistors zugeführt, was die Wirkung von Majoritätsträgern in diesen Emitter- und Kollektorübergängen beeinflusst.

Die Übergänge sind je nach Anforderung vorwärts und rückwärts vorgespannt. Forward biased ist der Zustand, in dem eine positive Spannung an den p-Typ und eine negative Spannung an das n-Typ-Material angelegt wird. Reverse biased ist der Zustand, in dem eine positive Spannung an den n-Typ und eine negative Spannung an das p-Typ-Material angelegt wird.

Transistorvorspannung

Die Versorgung mit geeigneter externer Gleichspannung wird als bezeichnet biasing. Die Emitter- und Kollektorübergänge des Transistors werden entweder vorwärts oder rückwärts vorgespannt. Diese Vorspannungsverfahren bewirken, dass die Transistorschaltung in vier Arten von Bereichen arbeitet, wie zActive region, Saturation region, Cutoff region und Inverse active region(selten benutzt). Dies wird anhand der folgenden Tabelle verstanden.

EMITTER JUNCTION	SAMMLERVERZWEIGUNG	BETRIEBSREGION
Vorwärts voreingenommen	Vorwärts voreingenommen	Sättigungsbereich
Vorwärts voreingenommen	Rückwärts vorgespannt	Aktive Region
Rückwärts vorgespannt	Vorwärts voreingenommen	Inverse aktive Region
Rückwärts vorgespannt	Rückwärts vorgespannt	Grenzbereich

Unter diesen Regionen ist die inverse aktive Region, die nur die Umkehrung der aktiven Region ist, für keine Anwendungen geeignet und wird daher nicht verwendet.

Aktive Region

Dies ist der Bereich, in dem Transistoren viele Anwendungen haben. Dies wird auch als bezeichnetlinear region. Ein Transistor in diesem Bereich wirkt besser alsAmplifier.

Dieser Bereich liegt zwischen Sättigung und Cutoff. Der Transistor arbeitet im aktiven Bereich, wenn der Emitterübergang in Vorwärtsrichtung und der Kollektorübergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist. Im aktiven Zustand ist der Kollektorstrom das β-fache des Basisstroms, dh

$$ I_ {C} \: = \: \ beta I_ {B} $$

Wo,

$ I_ {C} $ = Kollektorstrom

$ \ beta $ = aktueller Verstärkungsfaktor

$ I_ {B} $ = Basisstrom

Sättigungsbereich

Dies ist der Bereich, in dem sich der Transistor tendenziell als geschlossener Schalter verhält. Der Transistor bewirkt, dass sein Kollektor und sein Emitter kurzgeschlossen werden. Die Kollektor- und Emitterströme sind in dieser Betriebsart maximal.

Die folgende Abbildung zeigt einen Transistor, der im Sättigungsbereich arbeitet.

Der Transistor arbeitet im Sättigungsbereich, wenn sowohl der Emitter- als auch der Kollektorübergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind. Da der Transistor im Sättigungsbereich dazu neigt, sich wie ein geschlossener Schalter zu verhalten, können wir sagen:

$$ I_ {C} \: = \: I_ {E} $$

Wo $ I_ {C}$ = collector current and $I_ {E} $ = Emitterstrom.

Grenzbereich

Dies ist der Bereich, in dem sich der Transistor tendenziell als offener Schalter verhält. Der Transistor bewirkt, dass sein Kollektor und seine Basis geöffnet werden. Die Kollektor-, Emitter- und Basisströme sind in dieser Betriebsart alle Null.

Die folgende Abbildung zeigt einen Transistor, der im Sperrbereich arbeitet.

Der Transistor arbeitet im Sperrbereich, wenn sowohl der Emitter- als auch der Kollektorübergang in Sperrrichtung vorgespannt sind. Da im Grenzbereich der Kollektorstrom, der Emitterstrom und die Basisströme Null sind, können wir schreiben als

$$ I_ {C} \: = \: I_ {E} \: = \: I_ {B} \: = \: 0 $$

Wo $ I_ {C}$ = collector current, $I_ {E}$ = emitter current, and $I_ {B} $ = Basisstrom.

Bisher haben wir verschiedene Betriebsbereiche für einen Transistor diskutiert. Unter all diesen Regionen haben wir jedoch festgestellt, dass der Transistor im aktiven Bereich gut arbeitet und daher auch als bezeichnet wirdlinear region. Die Ausgänge des Transistors sind der Kollektorstrom und die Kollektorspannungen.

Ausgabeeigenschaften

Wenn die Ausgangseigenschaften eines Transistors berücksichtigt werden, sieht die Kurve für verschiedene Eingangswerte wie folgt aus.

In der obigen Abbildung sind die Ausgangskennlinien zwischen dem Kollektorstrom gezeichnet I_C und Kollektorspannung V_CE für verschiedene Werte des Basisstroms I_B. Diese werden hier für unterschiedliche Eingabewerte berücksichtigt, um unterschiedliche Ausgabekurven zu erhalten.

Betriebspunkt

Wenn ein Wert für den maximal möglichen Kollektorstrom berücksichtigt wird, liegt dieser Punkt auf der Y-Achse vor, der nichts anderes als der ist saturation point. Wenn ein Wert für die maximal mögliche Kollektor-Emitter-Spannung berücksichtigt wird, liegt dieser Punkt auch auf der X-Achse vorcutoff point.

Wenn eine Linie gezeichnet wird, die diese beiden Punkte verbindet, kann eine solche Linie als bezeichnet werden Load line. Dies wird so genannt, da es den Ausgang an der Last symbolisiert. Wenn diese Linie über die Ausgangskennlinie gezogen wird, berührt sie einen Punkt, der als bezeichnet wirdOperating point.

Dieser Betriebspunkt wird auch als bezeichnet quiescent point oder einfach Q-point. Es kann viele solcher Schnittpunkte geben, aber der Q-Punkt wird so ausgewählt, dass der Transistor unabhängig vom Wechselstromsignalhub im aktiven Bereich bleibt. Dies kann durch die folgende Abbildung besser verstanden werden.

Die Lastlinie muss gezeichnet werden, um den Q-Punkt zu erhalten. Ein Transistor wirkt als guter Verstärker, wenn er sich im aktiven Bereich befindet und wenn er im Q-Punkt betrieben wird, wird eine getreue Verstärkung erreicht.

Faithful amplificationist der Prozess des Erhaltens vollständiger Teile des Eingangssignals durch Erhöhen der Signalstärke. Dies erfolgt, wenn an seinem Eingang ein Wechselstromsignal anliegt. Dies wird im Tutorial AMPLIFIERS erläutert.

DC-Lastleitung

Wenn dem Transistor die Vorspannung gegeben wird und an seinem Eingang kein Signal angelegt wird, kann die unter solchen Bedingungen gezeichnete Lastlinie als verstanden werden DCBedingung. Hier erfolgt keine Verstärkung, da das Signal fehlt. Die Schaltung wird wie unten gezeigt sein.

Der Wert der Kollektor-Emitter-Spannung zu einem bestimmten Zeitpunkt ist

$$ V_ {CE} \: = \: V_ {CC} \: - \: I_ {C} R_ {C} $$

Da V _CC und R _C feste Werte sind, ist die obige eine Gleichung ersten Grades und daher eine gerade Linie in den Ausgangseigenschaften. Diese Zeile heißtD.C. Load line. Die folgende Abbildung zeigt die DC-Lastleitung.

Um die Lastlinie zu erhalten, sind die beiden Endpunkte der Geraden zu bestimmen. Diese beiden Punkte seien A und B.

Um A zu erhalten

Wenn Kollektor - Emitter - Spannung V _CE = 0 ist , ist der Kollektorstrom Maximum und ist gleich V _CC / R _C . Dies ergibt den Maximalwert von V _CE . Dies wird als angezeigt

$$ V_ {CE} \: = \: V_ {CC} \: - \: I_ {C} R_ {C} $$

$$ 0 \: = \: V_ {CC} \: - \: I_ {C} R_ {C} $$

$$ I_ {C} \: = \: \ frac {V_ {CC}} {R_ {C}} $$

Dies ergibt den in der obigen Abbildung gezeigten Punkt A (OA = V _CC / R _C ) auf der Kollektorstromachse.

Um B zu erhalten

Wenn der Kollektorstrom IC = 0 ist, ist die Kollektoremitterspannung maximal und entspricht dem VCC. Dies ergibt den Maximalwert von IC. Dies wird als angezeigt

$$ V_ {CE} \: = \: V_ {CC} \: - \: I_ {C} R_ {C} $$

$$ = \: V_ {CC} $$

(Als I _C = 0)

Dies ergibt den Punkt B, dh (OB = V _CC ) auf der in der obigen Abbildung gezeigten Kollektor-Emitter-Spannungsachse.

Daher haben wir sowohl den Sättigungs- als auch den Grenzpunkt bestimmt und gelernt, dass die Lastlinie eine gerade Linie ist. So kann eine DC-Lastlinie gezeichnet werden.

Die Bedeutung dieses Arbeitspunkts wird weiter verstanden, wenn am Eingang ein Wechselstromsignal gegeben wird. Dies wird im AMPLIFIERS-Tutorial erläutert.

Es werden viele Arten von Transistoren verwendet. Jeder Transistor ist auf seine Anwendung spezialisiert. Die Hauptklassifikation ist wie folgt.

Der Primärtransistor ist der BJT und der FET ist die moderne Version des Transistors. Werfen wir einen Blick auf die BJTs.

Bipolar Junction Transistor

Ein Bipolartransistor, kurz bezeichnet als BJTwird so genannt, da es zwei PN-Übergänge für seine Funktion hat. Dieser BJT ist nichts anderes als ein normaler Transistor. Es gibt zwei Arten von KonfigurationenNPN und PNP. Normalerweise wird der Einfachheit halber ein NPN-Transistor bevorzugt. Das folgende Bild zeigt, wie ein praktischer BJT aussieht.

Die Arten von BJT sind NPN- und PNP-Transistoren. Der NPN-Transistor wird hergestellt, indem ein Material vom p-Typ zwischen zwei Materialien vom n-Typ angeordnet wird. Der PNP-Transistor wird hergestellt, indem ein Material vom Typ nt zwischen zwei Materialien vom p-Typ angeordnet wird.

BJT ist ein stromgesteuertes Gerät. Ein normaler Transistor, den wir in den vorherigen Kapiteln besprochen hatten, fällt unter diese Kategorie. Die Funktionen, Konfigurationen und Anwendungen sind alle gleich.

Feldeffekttransistor

Ein FET ist eine unipolare Halbleitervorrichtung mit drei Anschlüssen. Es ist einvoltage controlled deviceim Gegensatz zu einem Bipolartransistor. Der Hauptvorteil des FET besteht darin, dass er eine sehr hohe Eingangsimpedanz aufweist, die in der Größenordnung von Mega-Ohm liegt. Es hat viele Vorteile wie geringen Stromverbrauch, geringe Wärmeableitung und FETs sind hocheffiziente Geräte. Das folgende Bild zeigt, wie ein praktischer FET aussieht.

Der FET ist ein unipolar deviceDies bedeutet, dass entweder Material vom p-Typ oder n-Typ als Hauptsubstrat verwendet wird. Daher erfolgt die Stromleitung eines FET entweder durch Elektronen oder durch Löcher.

Eigenschaften von FET

Das Folgende sind die verschiedenen Merkmale eines Feldeffekttransistors.

• Unipolar - Es ist unipolar, da entweder Löcher oder Elektronen für die Leitung verantwortlich sind.

• High input impedance- Der Eingangsstrom in einem FET fließt aufgrund der Sperrvorspannung. Daher hat es eine hohe Eingangsimpedanz.

• Voltage controlled device - Da die Ausgangsspannung eines FET durch die Gate-Eingangsspannung gesteuert wird, wird der FET als spannungsgesteuertes Gerät bezeichnet.

• Noise is low- Im Leitungsweg sind keine Verbindungsstellen vorhanden. Daher ist das Rauschen geringer als bei BJTs.

• Gain is characterized as transconductance. Die Transkonduktanz ist das Verhältnis der Änderung des Ausgangsstroms zur Änderung der Eingangsspannung.

• The output impedance of a FET is low.

Vorteile von FET

Um einen FET gegenüber BJT zu bevorzugen, sollte die Verwendung von FETs anstelle von BJTs nur wenige Vorteile bieten. Versuchen wir, die Vorteile von FET gegenüber BJT zusammenzufassen.

JFET	BJT
Es ist ein unipolares Gerät	Es ist ein bipolares Gerät
Spannungsgesteuertes Gerät	Stromgesteuertes Gerät
Hohe Eingangsimpedanz	Niedrige Eingangsimpedanz
Niedriger Geräuschpegel	Hoher Geräuschpegel
Bessere thermische Stabilität	Weniger thermische Stabilität
Die Verstärkung ist durch Transkonduktanz gekennzeichnet	Die Verstärkung ist durch eine Spannungsverstärkung gekennzeichnet

Anwendungen von FET

• FET wird in Schaltungen verwendet, um den Belastungseffekt zu verringern.

• FETs werden in vielen Schaltungen wie Pufferverstärkern, Phasenverschiebungsoszillatoren und Voltmetern verwendet.

FET-Terminals

Obwohl FET ein Gerät mit drei Anschlüssen ist, sind sie nicht mit BJT-Anschlüssen identisch. Die drei Anschlüsse des FET sind Gate, Source und Drain. DasSource Der Anschluss im FET ist analog zum Emitter im BJT Gate ist analog zu Base und Drain zum Sammler.

Die Symbole eines FET für NPN- und PNP-Typen sind wie folgt

Quelle

• Der Source-Anschluss in einem Feldeffekttransistor ist derjenige, über den die Träger in den Kanal eintreten.

• Dies ist analog zum Emitteranschluss in einem Bipolar Junction Transistor.

• Das Source-Terminal kann als bezeichnet werden S.

• Der am Quellterminal in den Kanal eintretende Strom wird als IS angezeigt.

Tor

• Der Gate-Anschluss in einem Feldeffekttransistor spielt eine Schlüsselrolle in der Funktion des FET, indem er den Strom durch den Kanal steuert.

• Durch Anlegen einer externen Spannung am Gate-Anschluss kann der Strom durch diesen gesteuert werden.

• Gate ist eine Kombination aus zwei intern verbundenen Anschlüssen, die stark dotiert sind.

• Die Kanalleitfähigkeit soll durch den Gate-Anschluss moduliert werden.

• Dies ist analog zum Basisanschluss in einem Bipolar Junction Transistor.

• Das Gate-Terminal kann als bezeichnet werden G.

• Der am Gate-Anschluss in den Kanal eintretende Strom wird als IG angezeigt.

Ablassen

• Der Drain-Anschluss in einem Feldeffekttransistor ist derjenige, durch den die Träger den Kanal verlassen.

• Dies ist analog zum Kollektoranschluss in einem Bipolar Junction Transistor.

• Die Spannung Drain to Source wird als VDS bezeichnet.

• Das Drain-Terminal kann als bezeichnet werden D.

• Der Strom den Kanal am Drain - Anschluß verlassen wird als I angegeben _D .

Arten von FET

Es gibt zwei Haupttypen von FETS. Sie sind JFET und MOSFET. Die folgende Abbildung zeigt eine weitere Klassifizierung der FETs.

In den folgenden Kapiteln werden wir ausführlich auf JFET und MOSFET eingehen.

Der JFET wird als abgekürzt Junction Field Effect Transistor. JFET ist wie ein normaler FET. Die Arten von JFET sind n-Kanal-FET und P-Kanal-FET. Ein p-Typ-Material wird dem n-Typ-Substrat im n-Kanal-FET hinzugefügt, während ein n-Typ-Material dem p-Typ-Substrat im p-Kanal-FET hinzugefügt wird. Daher reicht es aus, einen FET-Typ zu diskutieren, um beide zu verstehen.

N-Kanal FET

Der N-Kanal-FET ist der am häufigsten verwendete Feldeffekttransistor. Zur Herstellung eines N-Kanal-FET wird ein schmaler Stab aus N-Halbleitern verwendet, auf dem P-Typ-Material durch Diffusion auf den gegenüberliegenden Seiten gebildet wird. Diese beiden Seiten sind miteinander verbunden, um eine einzige Verbindung für den Gate-Anschluss herzustellen. Dies ist aus der folgenden Abbildung ersichtlich.

Diese beiden Gate-Abscheidungen (Materialien vom p-Typ) bilden zwei PN-Dioden. Der Bereich zwischen den Toren wird als bezeichnetchannel. Die Mehrheitsbetreiber passieren diesen Kanal. Daher wird die Querschnittsform des FET als die folgende Figur verstanden.

Ohmsche Kontakte werden an den beiden Enden des n-Halbleiterstabs hergestellt, die die Source und den Drain bilden. Die Source- und die Drain-Klemmen können vertauscht werden.

Betrieb des N-Kanal-FET

Bevor man in den Betrieb des FET geht, sollte man verstehen, wie die Verarmungsschichten gebildet werden. Nehmen wir dazu an, dass die Spannung am Gate-Anschluss zV_GG ist in Sperrrichtung vorgespannt, während die Spannung am Drain-Anschluss z V_DDwird nicht angewendet. Dies sei der Fall 1.

• Im case 1, Wann V_GG ist in Sperrrichtung vorgespannt und V_DDWird dies nicht angewendet, neigen die Verarmungsbereiche zwischen P- und N-Schichten dazu, sich auszudehnen. Dies geschieht, wenn die angelegte negative Spannung die Löcher von der p-Typ-Schicht zum Gate-Anschluss hin anzieht.

• Im case 2, Wann V_DD wird angelegt (positiver Anschluss an Drain und negativer Anschluss an Source) und V_GG Wird nicht angelegt, fließen die Elektronen von Source zu Drain, die den Drainstrom bilden I_D.

Betrachten wir nun die folgende Abbildung, um zu verstehen, was passiert, wenn beide Vorräte gegeben werden.

Die Versorgung am Gate-Anschluss lässt die Verarmungsschicht wachsen und die Spannung am Drain-Anschluss ermöglicht den Drain-Strom von Source zu Drain-Anschluss. Angenommen, der Punkt am Source-Anschluss ist B und der Punkt am Drain-Anschluss ist A, dann ist der Widerstand des Kanals so, dass der Spannungsabfall an Klemme A größer ist als der Spannungsabfall an Klemme B. Was bedeutet,

V_A>V_B

Daher ist der Spannungsabfall über die Länge des Kanals progressiv. Daher ist der Sperrvorspannungseffekt am Drain-Anschluss stärker als am Source-Anschluss. Aus diesem Grund neigt die Verarmungsschicht dazu, am Punkt A mehr in den Kanal einzudringen als am Punkt B, wenn beideV_GG und V_DDangewendet werden. Die folgende Abbildung erklärt dies.

Nachdem wir das Verhalten des FET verstanden haben, lassen Sie uns den tatsächlichen Betrieb des FET durchgehen.

Erschöpfungsmodus

Da die Breite der Verarmungsschicht beim Betrieb des FET eine wichtige Rolle spielt, impliziert der Betriebsmodus der Namensverarmung. Wir haben einen anderen Modus namens Enhancement-Betriebsmodus, der im Betrieb von MOSFETs diskutiert wird. AberJFETs have only depletion mode Betriebs.

Nehmen wir an, dass zwischen Gate- und Source-Anschlüssen kein Potential angelegt wird und ein Potential vorhanden ist V_DDwird zwischen Drain und Source angewendet. Nun ein StromI_Dfließt vom Drain zum Source-Terminal, maximal, wenn die Kanalbreite größer ist. Lassen Sie die Spannung zwischen Gate und Source-Anschluss anlegenV_GGist in Sperrrichtung vorgespannt. Dies erhöht die Verarmungsbreite, wie oben diskutiert. Wenn die Schichten wachsen, nimmt der Querschnitt des Kanals und damit der Drainstrom abI_D nimmt auch ab.

Wenn dieser Drainstrom weiter erhöht wird, tritt eine Stufe auf, in der sich beide Verarmungsschichten berühren und den Strom verhindern I_Dfließen. Dies ist in der folgenden Abbildung deutlich dargestellt.

Die Spannung, bei der sich diese beiden Verarmungsschichten buchstäblich „berühren“, wird als „Pinch off voltage”. Es wird als VP angezeigt. Der Drainstrom ist zu diesem Zeitpunkt buchstäblich gleich Null. Daher ist der Drainstrom eine Funktion der Sperrvorspannung am Gate.

Da die Gate-Spannung den Drain-Strom steuert, wird der FET als der bezeichnet voltage controlled device. Dies wird aus der Abflusskennlinie deutlicher.

Drain-Eigenschaften von JFET

Versuchen wir, die Funktion des FET zusammenzufassen, durch die wir die Kennlinie für die Drainage des FET erhalten können. Die Schaltung des FET zum Erhalten dieser Eigenschaften ist unten angegeben.

Wenn die Spannung zwischen Gate und Source V_GS ist Null, oder sie sind kurzgeschlossen, der Strom I_D von der Quelle zum Abfluss ist auch gleich Null, da es keine gibt V_DSangewendet. B. die Spannung zwischen Drain und SourceV_DS erhöht wird, fließt der Strom I_Dvon der Quelle zum Abfluss nimmt zu. Dieser Anstieg des Stroms ist bis zu einem bestimmten Punkt linearA, bekannt als Knee Voltage.

Die Gate-Anschlüsse befinden sich in einem in Sperrrichtung vorgespannten Zustand und als I_Derhöht, neigen die Verarmungsregionen dazu, sich zu verengen. Diese Verengung ist ungleich lang, wodurch diese Bereiche beim Abfluss näher und beim Abfluss weiter kommen, was dazu führtpinch offStromspannung. Die Quetschspannung ist definiert als die minimale Drain-Source-Spannung, bei der sich der Drain-Strom einem konstanten Wert (Sättigungswert) nähert. Der Punkt, an dem diese Quetschspannung auftritt, wird als bezeichnetPinch off point, bezeichnet als B.

Wie V_DS weiter erhöht wird, erhöht sich auch der Kanalwiderstand derart, dass I_Dbleibt praktisch konstant. Die RegionBC ist bekannt als saturation regionoder Verstärkerbereich. Alle diese zusammen mit den Punkten A, B und C sind in der folgenden Grafik dargestellt.

Die Drain-Eigenschaften sind für den Drain-Strom aufgetragen I_D gegen Drain Source Spannung V_DSfür verschiedene Werte der Gate-Source-Spannung VGS. Die allgemeinen Drain-Eigenschaften für solche verschiedenen Eingangsspannungen sind wie unter angegeben.

Da die negative Gate-Spannung den Drain-Strom steuert, wird der FET als spannungsgesteuertes Gerät bezeichnet. Die Drain-Eigenschaften geben die Leistung eines FET an. Die oben aufgetragenen Drain-Eigenschaften werden verwendet, um die Werte für Drain-Widerstand, Transkonduktanz und Verstärkungsfaktor zu erhalten.

FETs haben einige Nachteile wie einen hohen Drain-Widerstand, eine moderate Eingangsimpedanz und einen langsameren Betrieb. Um diese Nachteile zu überwinden, wird der MOSFET erfunden, der ein fortschrittlicher FET ist.

MOSFET steht für Metalloxid-Silizium-Feldeffekttransistor oder Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor. Dies wird auch als IGFET bezeichnet und bedeutet Insulated Gate Field Effect Transistor. Der FET wird sowohl im Verarmungs- als auch im Verbesserungsbetrieb betrieben. Die folgende Abbildung zeigt, wie ein praktischer MOSFET aussieht.

Aufbau eines MOSFET

Der Aufbau eines MOSFET ist dem FET etwas ähnlich. Auf dem Substrat, mit dem der Gate-Anschluss verbunden ist, wird eine Oxidschicht abgeschieden. Diese Oxidschicht wirkt als Isolator (sio ₂ isoliert vom Substrat), und daher hat der MOSFET einen anderen Namen als IGFET. Bei der Konstruktion eines MOSFET wird ein leicht dotiertes Substrat mit einem stark dotierten Bereich diffundiert. Je nach verwendetem Substrat werden sie als bezeichnetP-type und N-type MOSFETs.

Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau eines MOSFET.

Die Spannung am Gate steuert den Betrieb des MOSFET. In diesem Fall können sowohl positive als auch negative Spannungen an das Gate angelegt werden, da es vom Kanal isoliert ist. Bei negativer Gate-Vorspannung wirkt es alsdepletion MOSFET während mit positiver Gate-Vorspannung wirkt es als Enhancement MOSFET.

Klassifizierung von MOSFETs

Abhängig von der Art der bei der Konstruktion verwendeten Materialien und der Art des Betriebs werden die MOSFETs wie in der folgenden Abbildung klassifiziert.

Lassen Sie uns nach der Klassifizierung die Symbole des MOSFET durchgehen.

Das N-channel MOSFETs werden einfach als bezeichnet NMOS. Die Symbole für den N-Kanal-MOSFET sind wie folgt.

Das P-channel MOSFETs werden einfach als bezeichnet PMOS. Die Symbole für den P-Kanal-MOSFET sind wie folgt.

Lassen Sie uns nun die Konstruktionsdetails eines N-Kanal-MOSFET durchgehen. Normalerweise wird ein NC-Kanal-MOSFET zur Erklärung herangezogen, da dieser meistens verwendet wird. Es muss auch nicht erwähnt werden, dass die Untersuchung eines Typs auch den anderen erklärt.

Aufbau eines N-Kanal-MOSFET

Betrachten wir einen N-Kanal-MOSFET, um seine Funktionsweise zu verstehen. Es wird ein leicht dotiertes Substrat vom P-Typ aufgenommen, in das zwei stark dotierte Bereiche vom N-Typ diffundiert sind, die als Source und Drain wirken. Zwischen diesen beiden N + -Regionen tritt eine Diffusion auf, um einen N-Kanal zu bilden, der Drain und Source verbindet.

Eine dünne Schicht aus Silicon dioxide (SiO₂)wird über die gesamte Oberfläche gewachsen und Löcher werden hergestellt, um ohmsche Kontakte für Drain- und Source-Anschlüsse zu zeichnen. Eine leitende Schicht ausaluminum wird über den gesamten Kanal darauf gelegt SiO₂Schicht von Source zu Drain, die das Gate bildet. DasSiO₂ substrate wird an die gemeinsamen oder Erdungsklemmen angeschlossen.

Aufgrund seiner Konstruktion hat der MOSFET eine sehr geringe Chipfläche als BJT, was im Vergleich zum Bipolartransistor 5% der Belegung entspricht. Dieses Gerät kann in Modi betrieben werden. Sie sind Verarmungs- und Verbesserungsmodi. Lassen Sie uns versuchen, auf die Details einzugehen.

Arbeitsweise des N-Kanal-MOSFET (Verarmungsmodus)

Im Moment haben wir die Idee, dass in diesem Fall im Gegensatz zu einem FET kein PN-Übergang zwischen Gate und Kanal vorhanden ist. Wir können auch beobachten, dass der diffuse Kanal N (zwischen zwei N + Regionen) derinsulating dielectric SiO₂ und die Aluminiummetallschicht des Tors bilden zusammen a parallel plate capacitor.

Wenn das NMOS im Verarmungsmodus betrieben werden muss, sollte der Gate-Anschluss auf negativem Potential liegen, während Drain auf positivem Potential liegt, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Wenn zwischen Gate und Source keine Spannung angelegt wird, fließt aufgrund der Spannung zwischen Drain und Source etwas Strom. Lassen Sie eine negative Spannung an angelegt werdenV_GG. Dann werden die Minderheitenträger, dh Löcher, angezogen und lassen sich in der Nähe niederSiO₂Schicht. Aber die meisten Träger, dh Elektronen, werden abgestoßen.

Mit etwas negativem Potential bei V_GG eine bestimmte Menge an Drainstrom I_Dfließt durch die Quelle zum Abfluss. Wenn dieses negative Potential weiter erhöht wird, werden die Elektronen erschöpft und der StromI_Dnimmt ab. Je negativer die angewandteV_GGJe geringer der Wert des Drainstroms ist I_D wird sein.

Der Kanal, der näher am Drain liegt, wird stärker erschöpft als an der Quelle (wie beim FET), und der Stromfluss nimmt aufgrund dieses Effekts ab. Daher wird es als Verarmungsmodus-MOSFET bezeichnet.

Funktionsweise des N-Kanal-MOSFET (Enhancement Mode)

Der gleiche MOSFET kann im Anreicherungsmodus betrieben werden, wenn wir die Polaritäten der Spannung ändern können V_GG. Betrachten wir also den MOSFET mit Gate-Source-SpannungV_GG positiv sein, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Wenn zwischen Gate und Source keine Spannung angelegt wird, fließt aufgrund der Spannung zwischen Drain und Source etwas Strom. Lassen Sie eine positive Spannung an angelegt werdenV_GG. Dann werden die Minoritätsträger, dh Löcher, abgestoßen und die Majoritätsträger, dh Elektronen, werden in Richtung der angezogenSiO₂ Schicht.

Mit etwas positivem Potenzial bei V_GG eine bestimmte Menge an Drainstrom I_Dfließt durch die Quelle zum Abfluss. Wenn dieses positive Potential weiter erhöht wird, wird der StromI_D steigt aufgrund des Elektronenflusses von der Quelle an und diese werden aufgrund der angelegten Spannung weiter gedrückt V_GG. Je positiver also die angewandteV_GGJe höher der Wert des Drainstroms I_Dwird sein. Der Stromfluss wird aufgrund des Anstiegs des Elektronenflusses besser als im Verarmungsmodus verbessert. Daher wird dieser Modus als bezeichnetEnhanced Mode MOSFET.

P - Kanal MOSFET

Der Aufbau und die Funktionsweise eines PMOS ist der gleiche wie bei NMOS. Ein leicht dotiertern-substrate wird aufgenommen, in die zwei stark dotiert sind P+ regionssind diffus. Diese beiden P + -Regionen fungieren als Source und Drain. Eine dünne Schicht ausSiO₂wird über die Oberfläche gewachsen. Durch diese Schicht werden Löcher geschnitten, um Kontakte mit P + -Regionen herzustellen, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Arbeiten von PMOS

Wenn der Gate-Anschluss ein negatives Potential bei erhält V_GG als die Drain-Source-Spannung V_DDAufgrund der vorhandenen P + -Bereiche wird der Lochstrom durch den diffusen P-Kanal erhöht und das PMOS arbeitet ein Enhancement Mode.

Wenn der Gate-Anschluss ein positives Potential bei erhält V_GG als die Drain-Source-Spannung V_DDdann tritt aufgrund der Abstoßung die Verarmung auf, aufgrund derer sich der Stromfluss verringert. Somit funktioniert PMOS inDepletion Mode. Obwohl sich die Konstruktion unterscheidet, ist die Arbeitsweise bei beiden Arten von MOSFETs ähnlich. Daher können mit der Änderung der Spannungspolarität beide Typen in beiden Modi verwendet werden.

Dies kann besser verstanden werden, wenn man eine Vorstellung von der Abflusskennlinie hat.

Abflussmerkmale

Die Drain-Eigenschaften eines MOSFET werden zwischen den Drain-Strom gezogen I_D und die Drain-Source-Spannung V_DS. Die Kennlinie ist wie unten für verschiedene Werte von Eingaben gezeigt.

Eigentlich wann V_DS erhöht sich der Drainstrom I_D sollte sich erhöhen, aber aufgrund der angewandten V_GSwird der Drainstrom auf einem bestimmten Niveau geregelt. Daher steuert der Gate-Strom den Ausgangs-Drain-Strom.

Übertragungseigenschaften

Übertragungseigenschaften definieren die Wertänderung von V_DS mit der Änderung in I_D und V_GSsowohl im Verarmungs- als auch im Verbesserungsmodus. Die folgende Übertragungskennlinie ist für den Drainstrom gegenüber der Gate-Source-Spannung gezeichnet.

Vergleich zwischen BJT, FET und MOSFET

Nachdem wir alle drei oben genannten Punkte besprochen haben, versuchen wir, einige ihrer Eigenschaften zu vergleichen.

BEDINGUNGEN	BJT	FET	MOSFET
Gerätetyp	Stromgesteuert	Spannungsgesteuert	Spannungsgesteuert
Aktueller Durchfluss	Bipolar	Unipolar	Unipolar
Terminals	Nicht austauschbar	Austauschbar	Austauschbar
Betriebsarten	Keine Modi	Nur Erschöpfungsmodus	Sowohl der Erweiterungs- als auch der Verarmungsmodus
Eingangsimpedanz	Niedrig	Hoch	Sehr hoch
Ausgangswiderstand	Mäßig	Mäßig	Niedrig
Betriebsgeschwindigkeit	Niedrig	Mäßig	Hoch
Lärm	Hoch	Niedrig	Niedrig
Thermische Stabilität	Niedrig	Besser	Hoch

Bisher haben wir verschiedene elektronische Komponenten und ihre Typen sowie deren Aufbau und Funktionsweise erörtert. Alle diese Komponenten haben verschiedene Anwendungen im Bereich der Elektronik. Praktische Kenntnisse darüber, wie diese Komponenten in praktischen Schaltkreisen verwendet werden, finden Sie im Tutorial ELEKTRONISCHE SCHALTUNGEN.