Dunia Komponen SEMIKonduktor !?

Semikonduktor
Bagian ini berkaitan dengan semikonduktor diskrit. Bagian selanjutnya membahas 'Sirkuit Terpadu' yang merupakan perangkat semikonduktor skala besar. 

The ORP12 Light-dependent resistor. Perangkat ini memiliki resistansi tinggi dalam gelap dan resistansi rendah dalam cahaya terang. Itu dapat ditempatkan di sirkuit untuk membuat sakelar yang beroperasi dengan peningkatan level cahaya atau penurunan level cahaya: 



Dalam versi ini, tegangan pada titik ' A ' mengontrol rangkaian. Dalam kegelapan, ORP12 memiliki ketahanan sepuluh kali lebih besar dari R1 yaitu 12.000 ohm. Akibatnya, tegangan pada titik ' A ' akan tinggi. Ketika level cahaya meningkat, resistansi ORP12 turun, menyeret tegangan pada titik ' A ' ke bawah. Karena resistor variabel 'VR1' terhubung dari titik ' A ' ke ground rail (-ve baterai), penggesernya dapat dipindahkan untuk memilih tegangan antara 0 Volt dan tegangan ' ATitik geser dapat dipilih untuk membuat transistor mati di siang hari dan di malam hari. Untuk membuat pemicu sirkuit ketika level cahaya meningkat, cukup tukar posisi R1 dan ORP12. 

Transistor yang ditunjukkan adalah BC109 meskipun sebagian besar transistor akan bekerja di sirkuit ini. BC109 adalah transistor NPN yang murah, silikon. Ia dapat menangani 100mA dan 30V dan dapat menghidupkan dan mematikan lebih dari satu juta kali per detik. Ini memiliki tiga koneksi: Kolektor, ditandai ' c ' dalam diagram, Base, ditandai ' b ' dalam diagram dan Emitter, ditandai ' e ' dalam diagram. 

Seperti disebutkan sebelumnya, ia memiliki resistansi yang sangat tinggi antara kolektor dan emitor ketika tidak ada arus yang mengalir ke pangkalan. Jika arus kecil dimasukkan ke basis, resistansi kolektor / emitor turun ke nilai yang sangat rendah. Arus kolektor dibagi dengan arus basis disebut 'gain' dari transistor dan sering disebut 'hfe'. Transistor seperti BC109 atau BC108 memiliki gain sekitar 200, meskipun ini bervariasi dari transistor aktual ke transistor aktual. Penguatan 200 berarti bahwa arus 200mA yang melewati kolektor membutuhkan arus 1mA melalui pangkalan untuk mempertahankannya. Informasi spesifik tentang karakteristik dan koneksi semikonduktor dari semua jenis dapat diperoleh secara gratis dari situs web luar biasa yang menyediakan file informasi .pdf. 

Transistor BC109 yang ditunjukkan di atas adalah tipe NPN. Ini ditunjukkan oleh panah simbol yang menunjuk keluar. Anda juga bisa tahu dari kolektor yang menunjuk ke rel positif. Ada transistor silikon serupa yang dibangun sebagai perangkat PNP. Ini memiliki panah di simbol transistor yang menunjuk ke dalam dan kolektor mereka terhubung, langsung atau tidak langsung, ke rel negatif. Keluarga transistor ini adalah desain transistor paling awal dan disebut transistor 'bi-polar'. 

Transistor silikon ini dibuat dengan sangat efisien sehingga mereka dapat dihubungkan secara langsung bersama untuk memberikan peningkatan yang sangat besar. Pengaturan ini disebut 'pasangan Darlington'. Jika setiap transistor memiliki gain 200, maka pasangan memberikan gain 200 x 200 = 40.000. Ini memiliki efek bahwa arus yang sangat, sangat kecil dapat digunakan untuk menyalakan beban. Diagram berikut menunjukkan pasangan Darlington yang digunakan dalam detektor level air. Jenis alarm ini bisa sangat berguna jika Anda tertidur di kapal yang mulai mengambil air. 



Di sini, (ketika rangkaian dinyalakan), transistor TR1 memiliki arus bocor yang sangat kecil sehingga TR2 kekurangan arus basis dan mati, sehingga memberikan resistansi tinggi pada persimpangan kolektor / emitornya. Ini membuat bel kekurangan voltase dan membuatnya tetap dimatikan. Sensor hanya dua probe tetap di tempat di atas permukaan air yang dapat diterima. Jika level air naik, probe terhubung melalui air. Air murni memiliki hambatan listrik yang tinggi tetapi sirkuit ini masih akan bekerja dengan air murni. 

Kemungkinannya adalah bahwa dalam situasi praktis, air tidak akan terlalu bersih. Resistor R1 dimasukkan untuk membatasi arus basis TR1 jika probe sensor dihubung pendek. Transistor bi-polar silikon memiliki tegangan basis / emitor sekitar 0,7 V ketika dinyalakan penuh. Pasangan Darlington akan memiliki sekitar 1.4V antara basis TR1 dan emitor TR2, jadi jika sensor probe dihubung pendek bersama-sama, resistor R1 akan memiliki 6 - 1.4 = 4.6V di atasnya. Hukum Ohm memberi kita arus melalui R = V / A atau 47.000 = 4,6 / A atau A = 4,6 / 47.000 amp. Ini bekerja pada 0,098mA yang dengan gain transistor 40.000 akan memungkinkan hingga 3,9A melalui bel. Karena bel hanya membutuhkan 30mA atau lebih, itu membatasi arus yang melewatinya, 

Transistor NPN lebih umum daripada jenis PNP tetapi hampir tidak ada perbedaan praktis di antara mereka. Berikut adalah rangkaian sebelumnya yang menggunakan transistor PNP: 


Tidak banyak perbedaan. Sebagian besar diagram sirkuit yang ditampilkan di sini menggunakan tipe NPN tetapi tidak hanya ini tidak kritis, tetapi ada beberapa cara untuk merancang sirkuit tertentu. Secara umum, semikonduktor yang ditunjukkan di sirkuit apa pun jarang kritis. Jika Anda dapat menentukan karakteristik semikonduktor yang ditampilkan, perangkat apa pun yang cukup mirip umumnya dapat diganti, terutama jika Anda memiliki pemahaman umum tentang cara kerja sirkuit. Salah satu dari dua sirkuit sebelumnya dapat beroperasi sebagai pendeteksi hujan. Sensor yang cocok dapat dengan mudah dibuat dari sepotong papan strip dengan strip alternatif yang dihubungkan bersama untuk membentuk kisi yang menjalin: 



Di sini, jika tetesan hujan menjembatani antara dua strip yang berdekatan, sirkuit akan memicu dan membunyikan peringatan. 

Transistor dalam sirkuit di atas dihubungkan dengan emitornya yang terhubung ke ground rail (garis baterai lebih rendah yang ditunjukkan pada sirkuit apa pun dianggap sebagai 'ground' kecuali jika secara spesifik ditunjukkan di tempat lain). Metode koneksi ini disebut 'emitor umum'. Sirkuit berikut menggunakan transistor yang terhubung dalam mode 'emitor follower'. Di sinilah emitor dibiarkan mengikuti tegangan basis - selalu 0,7V di bawahnya kecuali jika basis itu sendiri didorong di bawah 0,7V: 



Ini hampir sama dengan sirkuit yang dioperasikan cahaya yang ditunjukkan sebelumnya. Dalam variasi ini, transistor dihubungkan dengan kabel sehingga mereka bekerja sebagai 'emitor-pengikut' yang mengikuti tegangan pada titik 'A' yang naik ketika level cahaya turun dan resistensi ORP12 meningkat. Ini menyebabkan tegangan melintasi relai meningkat hingga relai beroperasi dan menutup kontaknya. Relai adalah sakelar mekanis yang dioperasikan dengan voltase yang akan diuraikan lebih terinci nanti. 

Kerugian dari rangkaian di atas adalah bahwa ketika tingkat cahaya berkurang, arus melalui relai meningkat dan mungkin jumlah arus yang signifikan untuk beberapa waktu yang cukup lama. Jika dimaksudkan untuk memberi daya pada unit dengan baterai maka masa pakai baterai akan jauh lebih pendek dari yang seharusnya. Apa yang kita inginkan, adalah sirkuit yang beralih cepat dari keadaan Mati ke keadaan Nyala meskipun input pemicu hanya bervariasi secara perlahan. Ada beberapa cara untuk mencapai ini, salah satunya adalah memodifikasi sirkuit untuk menjadi 'Pemicu Schmitt': 



Di sini, transistor tambahan ('TR2') telah mengubah operasi rangkaian secara signifikan, dengan transistor TR3 yang aktif dan mati sepenuhnya, dengan cepat. Ini menghasilkan arus yang melalui relai menjadi sangat rendah hingga sirkuit terpicu. 

Rangkaian beroperasi sebagai berikut. Ketika tegangan pada dasar TR1 cukup tinggi, TR1 menyala, yang menyebabkan resistansi antara kolektor dan emitor menjadi sangat rendah sehingga kita dapat memperlakukannya sebagai korsleting (yang merupakan koneksi resistansi yang hampir nol). Ini secara efektif menghubungkan resistor 10K dan 1K8 secara seri di seluruh baterai. Tegangan pada titik penghubungnya (baik kolektor dan emitor TR1) akan menjadi sekitar 1,8 Volt. Dua resistor 18K secara seri melintasi tegangan itu sehingga tegangan di persimpangan mereka akan menjadi setengahnya; 0,9 Volts. 

Ini menempatkan Basis TR2 sekitar 0,9 Volts dan emitornya di 1,8 Volts. Basis TR2 karena itu tidak 0,7 Volts di atas emitornya, sehingga tidak ada arus basis / emitor akan mengalir di TR2, yang berarti bahwa TR2 dimatikan keras. Ini berarti bahwa resistensi kolektor / emitor TR2 akan sangat tinggi. Tegangan di dasar TR3 dikendalikan oleh resistor 1K8, resistansi kolektor / emitor TR2 (sangat tinggi) dan resistor 3K9. Ini mendorong tegangan dasar TR3 ke dekat tegangan baterai penuh dan saat kabel sebagai pengikut emitor, tegangan emitornya akan sekitar 0,7 Volt di bawahnya. Ini berarti bahwa relai akan memiliki sebagian besar tegangan baterai dan karenanya akan menyala keras. 

Beberapa poin praktis: Arus yang mengalir ke dasar TR3 datang melalui resistor 3K9. Sebuah resistor 3K9 membutuhkan 3,9 Volt untuk setiap 1 mA yang mengalir melaluinya. Jika relai membutuhkan 150 mA untuk beroperasi dan TR3 memiliki gain 300, maka TR3 akan membutuhkan arus basis 0,5 mA untuk menyediakan 150 mA arus melalui persimpangan kolektor / emitornya. Jika 0,5 mA mengalir melalui resistor 3K9, akan ada tegangan turun sekitar 2 Volt. Tegangan basis / emitor TR3 akan lebih jauh 0,7 Volts, sehingga tegangan melintasi relai sekitar 12,0 - 2,0 - 0,7 = 9,3 Volts, jadi Anda perlu memastikan bahwa relai akan bekerja dengan andal di 9 Volts. 

Jika Anda menggunakan sepasang transistor Darlington, masing-masing dengan gain 300, bukan TR3, maka penurunan tegangan basis / emitor gabungannya adalah 1,4 Volt, tetapi mereka hanya membutuhkan arus basis 150 mA / (300 x 300) = 1/600 mA. Arus itu hanya akan turun 0,007 Volts melintasi resistor 3K9, sehingga relay akan menerima 10,6 Volts. 

Jadi, bagaimana Anda mengetahui gain dari transistor tertentu? Alat kerja utama untuk elektronik adalah multimeter. Ini adalah meter digital atau analog yang dapat mengukur berbagai hal: tegangan, arus, resistansi, ... Semakin mahal meter, umumnya, semakin besar jumlah rentang yang disediakan. Meter yang lebih mahal menawarkan pengujian transistor. Secara pribadi, saya lebih suka multimeter yang lebih tua dan pasif. Ini dipandang rendah karena mereka menarik arus dari sirkuit ke mana mereka terpasang, tetapi, karena mereka lakukan, mereka memberikan bacaan yang andal sepanjang waktu. Multimeter digital yang dioperasikan dengan baterai yang lebih modern akan dengan senang hati memberikan pembacaan yang salah saat baterai mereka melemah. Saya menghabiskan dua hari penuh, menguji baterai yang dapat diisi ulang yang tampaknya memberikan kinerja yang mustahil. Akhirnya, 

Untuk saat ini, mari kita asumsikan bahwa tidak ada penguji transistor komersial yang dapat digunakan dan kita akan membangun milik kita sendiri (atau setidaknya, menemukan cara membuat milik kita sendiri). Gain dari sebuah transistor didefinisikan sebagai arus kolektor / emitor dibagi dengan basis / arus emitor. Sebagai contoh, jika 1mA mengalir melalui kolektor dan 0,01mA mengalir ke pangkalan untuk mempertahankan aliran kolektor, maka transistor memiliki keuntungan 100 kali pada 1mA. Gain transistor dapat bervariasi ketika membawa beban arus yang berbeda. Untuk rangkaian yang telah kita lihat sejauh ini, 1mA adalah arus yang masuk akal untuk mengukur gain transistor. Jadi mari kita membangun sirkuit untuk mengukur gain: 



Dengan rangkaian yang ditunjukkan di sini, resistor variabel disesuaikan hingga arus kolektor 1mA ditunjukkan pada miliammeter dan gain dari transistor kemudian dibaca dari skala pada kenop resistor variabel. Rangkaian ini dibangun ke dalam kotak kecil berisi baterai dan dengan soket di mana transistor dapat dicolokkan. Pertanyaannya kemudian adalah, nilai apa yang harus dipilih untuk resistor R1 dan variabel resistor VR1? 

Nah, kita mungkin memilih bahwa gain minimum yang akan ditampilkan adalah 10. Ini akan sesuai dengan di mana slider variabel resistor diambil sampai titik 'A' dalam diagram sirkuit, secara efektif mengeluarkan resistor variabel dari rangkaian. Jika gain transistor adalah 10 dan arus kolektor adalah 1mA, maka arus basis akan menjadi 0.1mA. Arus ini harus mengalir melalui resistor R1 dan memiliki tegangan (9.0 - 0.7) Volt melintanginya sebagai tegangan basis / emitor adalah 0,7 Volt ketika transistor aktif. Ohms Law memberi kita Ohms = Volts / Amps, yang untuk resistor R1 berarti Ohms = 8.3 / 0,0001 atau 83,000 ohm, atau 83K. 

Rule of thumb: 1K menyediakan 1mA jika memiliki 1V di atasnya, jadi 10K akan memberikan 0,1mA jika memiliki 1 Volt di atasnya. Dengan 8,3 Volt di atasnya, itu harus 8,3 kali lebih besar untuk menahan arus ke 0,1mA yang diperlukan sehingga resistor harus berukuran 83K. 

Karena 83K bukan ukuran standar, kita perlu menggunakan dua atau lebih resistor standar untuk memberikan hambatan itu. Ukuran standar terdekat di bawah 83K adalah 82K, jadi kita bisa menggunakan satu resistor 82K dan satu resistor 1K secara seri untuk memberikan 83K yang diperlukan. 

Misalkan kita mengatakan bahwa kita ingin memiliki 500 sebagai gain tertinggi yang ditunjukkan pada tester kita, maka ketika VR1 berada pada nilai maksimumnya, itu dan R1 harus menyediakan 1/500 arus kolektor 1mA, yaitu 0,002mA atau 0,000002 Amps . Dari Ohms Law lagi kita mendapatkan VR1 + R1 = 4,150,000 ohm atau 4M15. Sayangnya, nilai resistor variabel terbesar yang tersedia adalah 2M2 sehingga sirkuit seperti apa adanya, tidak akan mampu mengatasinya. 

Misalkan kita hanya menggunakan resistor variabel 2M2 untuk VR1, kisaran gain transistor apa yang bisa kita tampilkan? Well Ohms Law ... mari kita hitung arus basis dengan 8,3 Volts (83,000 + 2.200.000) ohm dan dari itu gain transistor maksimum adalah 277,77 (pada 1mA). Anda akan membeli resistor variabel track karbon standar 'linier' sehingga perubahan resistansi tetap ketika poros diputar. Skala yang akan Anda hasilkan akan berada dalam langkah genap dan akan berjalan dari 10 pada pengaturan minimum, ke 278 pada pengaturan tertinggi. 

Tapi bukan itu yang kita inginkan. Kami ingin mengukur hingga 500. Tapi mereka tidak membuat resistor variabel cukup besar, jadi apa yang bisa kita lakukan? Nah, jika kita mau, kita bisa menurunkan tegangan baterai, yang pada gilirannya akan menurunkan nilai resistor. Karena baterai 9V sangat nyaman untuk sirkuit semacam ini, jangan biarkan menyusuri rute itu. Kita bisa menambahkan sirkuit ekstra untuk menurunkan tegangan baterai 9V ke nilai yang lebih rendah. Solusi paling sederhana adalah menambahkan resistor ekstra dan beralih untuk memberikan dua rentang. Jika kita beralih di resistor 2M2 tambahan di atas VR1 maka rangkaian akan mengukur keuntungan transistor dari 278 menjadi lebih dari 500 dan yang perlu kita lakukan hanyalah menambahkan skala kedua agar kenop penunjuk VR1 bergerak. Kami bisa, memberikan rentang ekstra yang tumpang tindih dan yang memiliki skala yang lebih nyaman untuk ditandai. Desainnya terserah Anda. 



Desain yang dibahas di atas bukan satu-satunya cara untuk mengukur penguatan transistor. Cara kedua, yang menerima bahwa itu tidak begitu akurat, mengambil arus basis set dan mengukur arus kolektor sebagai panduan untuk mendapatkan. Dalam metode sederhana ini, satu atau lebih nilai resistor dipilih untuk memberikan rentang penguatan, dan miliammeter digunakan untuk membaca gain yang sesuai: 



Di sini, resistor R1 dapat dipilih untuk memberikan arus kolektor 1mA (yang merupakan defleksi skala penuh pada meter) ketika gain transistor adalah 100. Resistor R2 mungkin dipilih untuk memberikan defleksi skala penuh untuk mendapatkan 200 , R3 untuk gain 400, R4 untuk gain 600, dan sebagainya. Secara umum, tidak penting untuk mengetahui keuntungan pastinya, tetapi perkiraan yang masuk akal untuk itu sudah cukup. Anda biasanya memilih transistor yang membutuhkan 180, jadi tidak penting jika transistor yang Anda pilih memiliki gain 210 atau 215 - Anda hanya menghindari transistor dengan gain di bawah 180. 

Bagaimana Anda mengetahui nilai-nilai resistor R1 ke R4? Yah, Anda mungkin tidak akan mengharapkan ini, tetapi Anda menggunakan Hukum Ohm. Penurunan voltase adalah 8,3 Volt dan arus basis diberikan oleh defleksi skala penuh 1mA dibagi dengan gain transistor untuk setiap rentang, yaitu 1/100 mA untuk R1, 1/200 mA untuk R2, ... 1/600 mA untuk R4, ... 


Pengikut Emitor
Sirkit transistor yang ditunjukkan sejauh ini dikenal dengan istilah teknis "Common Emitter" karena emitor umumnya terhubung ke 'Negative rail' atau jalur minus baterai. Metode penggunaan ini sangat populer karena ketika transistor dinyalakan, semua tegangan suplai disuplai ke beban. Metode umum dan sangat berguna lainnya dikenal sebagai sirkuit 'Emitter-Follower' di mana beban terhubung ke rel negatif bukan emitor dari transistor. Dengan pengaturan ini, tegangan pada emitor tetap pada 0,7 volt di bawah tegangan basis transistor dan 'mengikuti' tegangan itu tidak peduli bagaimana perubahannya. Secara umum, transistor digunakan untuk memperkuat arus yang dapat ditarik dari titik di sirkuit di mana basis transistor terhubung. 

Susunan rangkaiannya seperti ini: 



Jika baterai benar-benar 12-volt, maka penggeser variabel resistor VR1 dapat dipindahkan dari tegangan nol volt ke tegangan +12 volt, atau nilai yang diinginkan di antara kedua nilai tersebut. Itu berarti bahwa tegangan pada basis transistor TR1 dapat berupa nilai-nilai tersebut. Jika tegangan pada basis transistor 0,7 volt atau lebih tinggi, maka transistor akan menghantarkan arus dan tegangan melintasi beban akan meningkat sampai emitor 0,7 volt di bawah tegangan basis. Ini berarti bahwa tegangan melintasi beban dapat disesuaikan ke nilai apa pun dari 0 volt hingga +11,3 volt. Sirkuit ini dikenal sebagai sirkuit "Emitter-Follower". 

Nilai aktual yang dijumpai dalam 'kehidupan nyata' adalah bahwa baterai bertanda 12-volt sangat jarang benar-benar pada tegangan itu dan nilai umumnya adalah 12,8 volt. Saya telah menyebut tegangan Base-to-Emitter 0,7 volt tetapi pada kenyataannya, mungkin apa saja dari 0,6 volt hingga 0,75 volt. Penggunaan umum untuk tipe sirkuit ini adalah untuk mengalirkan tegangan konstan ke sirkuit, menggunakan dioda zener. Rangkaiannya seperti ini: 



Rangkaian ini seharusnya memiliki tegangan tetap pada titik "A" karena dioda zener Z1 seharusnya menghasilkan tegangan tetap. Itu bisa bekerja dengan baik jika tegangan baterai diperbaiki, tetapi jika tegangan baterai berubah baik ke atas atau ke bawah, tegangan pada "A" melayang, yang berarti bahwa tegangan pada beban juga berubah. Anda kadang-kadang akan melihat ini di sirkuit arus konstan. 


Sirkuit Arus Konstan
Cara yang umumnya disarankan untuk mengatur aliran arus konstan melalui beberapa beban atau lainnya adalah dengan menggunakan sirkuit terintegrasi yang dirancang untuk pekerjaan itu. Susunan umumnya seperti ini: 



Di sini, resistor R1 mengontrol berapa banyak arus akan mengalir dalam rangkaian dan resistor R2 perlu sepuluh kali lebih tinggi nilainya daripada R1. Satu halangan adalah bahwa LM334Z turun sekitar 4 volt ketika menstabilkan arus melalui beban. Itu banyak tegangan yang dikorbankan. Pengaturan alternatif adalah: 



Dengan sirkuit ini, dua dioda biasa seperti 1N4007, digunakan untuk memberikan tegangan stabil karena arus yang mengalir melaluinya, disuplai oleh resistor R1. Setiap dioda memiliki drop tegangan yang kira-kira sama dengan drop tegangan di persimpangan Base / Emitter dari transistor TR1. Itu berarti bahwa resistor R2 akan memiliki tegangan yang sama di salah satu dioda. Ini adalah pengalaman saya bahwa penurunan tegangan dioda tidak banyak terpengaruh jika tegangan baterai berubah seiring berjalannya waktu. Nilai resistor R2 dipilih untuk memberikan aliran arus yang diinginkan melalui beban. Tegangan jatuh pada transistor Kolektor / Koneksi emitor menyesuaikan secara otomatis untuk menjaga arus melalui beban pada nilai yang diperlukan konstan. 


Transit Pengganti
Pertanyaan terakhir adalah bagaimana menemukan transistor pengganti untuk transistor T13009 di sirkuit bab 21 ini, karena sepertinya tidak ada pemasok lokal untuknya, dan apakah transistor 2N2222 dapat digunakan sebagai pengganti? 



Itu pertanyaan yang sangat masuk akal. Jadi untuk menjawabnya, kita melihat sirkuit dan kita melihat bahwa Kolektor transistor akan ditarik ke atas sampai melebihi tegangan rantai baterai. Ada lima baterai 12 volt dalam sebuah rantai yang naik ke atas dari transistor Emitter dan sementara baterai itu bertuliskan "12 Volts", mereka dapat mengisi hingga hampir 14 volt masing-masing. Itu berarti bahwa kolektor transistor dapat diseret ke tegangan 5 x 14 = 70 volt atau lebih jika baterai akan diisi. Jadi, akal sehat mengatakan bahwa setiap transistor pengganti yang berhasil harus memiliki peringkat tegangan minimal 70 volt. 

Comments