Интересно наблюдать, с какой поразительной скоростью сменяют друг друга технологии. Лет тридцать назад мы вполне были довольны электроникой, которой пользовались, простыми автомобилями, где-то неудобными и малоскоростными, скромными домами без евроремонта. Но так устроен человек, что постоянно стремится к чему-то более совершенному, и сейчас практически любая сфера жизни подвержена постоянной модернизации. Коснулся этот процесс также систем индикации и освещения. Так, на смену лампам накаливания пришли более совершенные полупроводниковые элементы - светодиоды.
Излучающий кристалл
История применения полупроводников старше начала использования ламп электронного типа. который считается изобретателем радио, искал с помощью нехитрого полупроводникового устройства наличие радиоволн. Первый диод Попова (детектор) был изготовлен из полупроводникового кристалла, зафиксированного в держателе, и пружинного заостренного контакта из вольфрама или стали. Этот контакт опирался на площадь полупроводника, и в зависимости от точки соприкосновения можно было найти наиболее четкий сигнал радиостанции.
Способность некоторых кристаллов излучать свет под действием тока была обнаружена чуть позже, случайно, но в первое время не использовалась на практике. Теперь же светодиоды широко применяют и в спецтехнике, и в быту.
Что такое светодиод, как он выглядит на схеме?
Светодиодом называется разновидность полупроводникового элемента, имеющего особенность кристалла излучать свет под действием проходящего сквозь него электрического тока. Этот эффект проявляется не у всех полупроводников, а лишь у тех, у которых в процессе рекомбинации электронов и дырок выделение энергии происходит в световом диапазоне. Светодиод, как и обычный диод, имеет p-n-переход и пропускает ток только в одном направлении.
Особенностью светодиода как светоизлучающего прибора является то, что в нем непосредственно происходит выделение квантов света. Это отличает его от ламп накаливания, где сначала происходит разогрев спирали до определенной температуры, или галогенных ламп с эффектом ионизации. Потери энергии в светодиодах минимальны.
Конструктивно в состав светодиода входят подложка с нанесенным на нее кристаллом, выводы для подключения в электрическую цепь и корпус, который одновременно является оптической системой. Обозначение светодиода на схеме имеет определенное графическое выражение, на электронной плате он обозначается специальной кодировкой.
Для чего служит светодиод, и как это отражено в его изображении на схеме?
Светодиод излучает свет, в этом его назначение. И на схематическом изображении это четко обозначено двумя стрелочками, идущими от элемента. Применение устройство получило очень широкое:
Особенности обозначения полупроводника на чертежах
Технические нормы и правила регламентируют обозначение светодиода на схеме. ГОСТ 2.702-2011 предписывает:
Светодиод - полярность обозначения
Обозначение светодиода на схеме позволяет легко определить его полярность, но чтобы определить ее у только что купленного элемента, нужно посмотреть на его контакты. Плюсовой вывод анода обычно имеет большую длину, чем катода.
Если светодиод установлен на плате, а она по каким-либо причинам не имеет маркировки элементов, то полярность полупроводника можно определить, внимательно посмотрев на его корпус. Со стороны катода (отрицательного вывода) на корпусе есть засечка плоской формы. Также у прозрачных типов корпусов светодиода видна его внутренность. Подобие чашечки, в которой расположен кристалл полупроводника, имеет прямое соединение с катодом.
В том случае, когда невозможно определить полярность вышеперечисленными способами, но в наличие есть электронный мультиметр, можно использовать его. Берут обычный диод с известной полярностью, ставят прибор на операцию прозвонки и подключают к полупроводнику. Запоминают полярность, когда диод проводит ток. Подключают светодиод к измерительным щупам. Добиваются, чтобы он проводил ток, отмечают его полярность.
Светодиод на плате
При сборке печатной платы радиомонтажники пользуются схемой и перечнем элементов спецификации. В соответствии с этим перечнем наносится специальная маркировка с указанием вида элемента и номера позиции его на схеме. Существуют международные стандарты обозначений на плате, которые повсеместно используются в импортной аппаратуре.
Обозначение светодиода на плате присутствует в виде графического изображения, буквенной кодировки и числа. Первое отображает в основном полярность полупроводника, буквы указывают на тип прибора, а число - на порядковый номер его в схеме и перечне.
Графическое обозначение светодиода на схеме платы идентично его изображению в чертеже, но может не содержать окружность вокруг значка диода. Буквенная кодировка выполнена заглавными латинскими буквами - LED (импортные схемы) и HL (отечественные). Число идет после букв либо внизу. Без числа невозможно определить параметры полупроводника, которые на плате не указывают за редким исключением.
Маркировка светодиодов
Буквенное на схеме (маркировка) несет всю информацию о характеристиках конкретного полупроводникового прибора. Маркировка содержит довольно много символов, поэтому ее не ставят на корпус прибора, а приводят в схеме либо на упаковке не распаянных элементов. Светодиоды в лентах идут бухтами в катушках, на которых проставлены маркировочные символы. Символьная кодировка отражает:
- Серию продукции.
- Цвет излучения светодиода. Современные светоизлучающие диоды бывают белого, зеленого, красного, синего, оранжевого, желтого цветов.
- Качество цветового потока. Например, светодиод для освещения в доме или на улице, индикации приборов, подсветки, для матриц изображения.
- Тип линзы. Бывают рассеивающие свет приборы и узконаправленного излучения с куполообразными, прозрачными и матовыми линзами.
- Мощность светового потока.
- Потребляемая мощность электроэнергии.
- Код идентификации производителя. Не имеет практической нагрузки.
- Символы резерва. Производители оставляют их для возможной модификации элементов.
Не существует определенного стандарта в маркировке светодиодов, поэтому каждый производитель имеет свою собственную кодировку. Запомнить ее невозможно, но серьезных производителей этого товара на рынке не так уж много. Среди них можно выделить такие фирмы, как Philips, Cree и Samsung.
Заключение
Кроме обычных светодиодов с выводами, существуют SMD-светодиоды с контактными площадками. Они отличаются маленькими размерами. Буквенное обозначение светодиода этого типа на схеме идентично с LED-элементами, но на плате упрощено и обычно сводится к указанию полярности.
Содержание:Стандартная конструкция полупроводникового диода выполнена в виде полупроводникового прибора. В нем имеется два вывода и один выпрямляющий электрический переход. В работе прибора использованы различные свойства, связанные с электрическими переходами. Вся система соединена в едином корпусе из пластмассы, стекла, металла или керамики. Часть кристалла с более высокой концентрацией примесей носит название эмиттера, а область, имеющая низкую концентрацию, называется базой. Маркировка диодов и схема обозначений применяются в соответствии с их индивидуальными свойствами, конструктивными особенностями и техническими характеристиками.
Характеристики и параметры диодов
В зависимости от применяемого материала, диоды могут быть выполнены из кремния или германия. Кроме того, для их изготовления используется фосфид индия и арсенид галлия. Диоды из германия обладают более высоким коэффициентом передачи, по сравнению с кремниевыми изделиями. У них большая проводимость при сравнительно невысоком напряжении. Поэтому, они широко используются в производстве транзисторных приемников.
В соответствии с технологическими признаками и конструкциями, диоды различаются как плоскостные или точечные, импульсные, универсальные или выпрямительные. Среди них следует отметить отдельную группу, куда входят , и . Все перечисленные признаки дают возможность определить диод по внешнему виду.
Характеристики диодов определяются такими параметрами, как прямые и обратные токи и напряжения, диапазоны температур, максимальное обратное напряжение и другие значения. В зависимости от этого, производится нанесение соответствующих обозначений.
Обозначения и цветовая маркировка диодов
Современные обозначения диодов соответствуют новым стандартам. Они разделяются на группы, в зависимости от предельной частоты, при которой происходит усиление передачи тока. Поэтому, диоды бывают низкой, средней, высокой и сверхвысокой частоты. Кроме того, у них различная рассеиваемая мощность: малая, средняя и большая.
Маркировка диодов представляет собой краткое условное обозначение элемента в графическом исполнении с учетом параметров и технических особенностей проводника. Материал, из которого изготовлен полупроводник, имеет обозначение на корпусе соответствующими буквенными символами. Эти обозначения проставляются вместе с назначением, типом, электрическими свойствами прибора и его условным обозначением. Это помогает, в дальнейшем, правильно подключить диод в электронную схему устройства.
Выводы анода и катода обозначаются стрелкой или знаками плюс или минус. Цветовые коды и метки в виде точек или полосок, наносятся возле анода. Все обозначения и цветовая маркировка позволяют быстро определить тип устройства и правильно использовать его в различных схемах. Подробная расшифровка данной символики приводится в справочных таблицах, которые широко используются специалистами в области электроники.
Маркировка импортных диодов
В настоящее время широко используются -диоды зарубежного производства. Конструкция элементов выполнена в виде платы, на поверхности которой закреплен чип. Слишком маленькие размеры изделия не позволяют нанести на него маркировку. На более крупных элементах обозначения присутствуют в полном или сокращенном варианте.
В электронике SMD-диоды составляют около 80% всех используемых изделий этого типа. Такое разнообразие деталей заставляет внимательнее относиться к обозначениям. Иногда они могут не совпадать с заявленными техническими характеристиками, поэтому желательно провести дополнительную проверку сомнительных элементов, если они планируются к использованию в сложных и точных схемах. Следует учитывать, что маркировка диодов этого типа может быть разной на совершенно одинаковых корпусах. Иногда присутствует только буквенная символика, без каких-либо цифр. В связи с этим рекомендуется использовать таблицы с типоразмерами диодов от разных производителей.
Для SMD-диодов чаще всего используется тип корпуса SOD123. На один из торцов может наноситься цветная полоса или тиснение, что означает катод с отрицательной полярностью для открытия р-п-перехода. Единственная надпись соответствует обозначению корпуса.
Тип корпуса не играет решающей роли при использовании диода. Одной из основных характеристик является рассеивание некоторого количества тепла с поверхности элемента. Кроме того, учитываются значения рабочего и обратного напряжения, величина максимально допустимого тока через р-п-переход, мощность рассеивания и другие параметры. Все эти данные указаны в справочниках, а маркировка лишь ускоряет поиск нужного элемента.
По внешнему виду корпуса не всегда удается определить производителя. Для поиска нужного изделия существуют специальные поисковики, в которые нужно ввести цифры и буквы в определенной последовательности. В некоторых случаях диодные сборки вообще не несут какой-либо информации, поэтому в таких случаях сможет помочь только справочник. Подобные упрощения, делающие обозначение диода очень коротким, объясняются крайне ограниченным пространством для нанесения маркировки. При использовании трафаретной или лазерной печати удается разместить 8 символов на 4 мм2.
Стоит учесть и тот факт, что одним и тем же буквенно-цифровым кодом могут обозначаться совершенно разные элементы. В таких случаях анализируется вся электрическая схема.
Иногда в маркировке указывается дата выпуска и номер партии. Подобные отметки наносятся для возможности отслеживания более современных модификаций изделий. Выпускается соответствующая корректирующая документация с номером и датой. Это позволяет более точно установить технические характеристики элементов при сборке наиболее ответственных схем. Применяя старые детали для новых чертежей, можно не получить ожидаемого результата, готовое изделие в большинстве случаев просто отказывается работать.
Маркировка диодов анод катод
Каждый диод, как и резистор, оборудован двумя выводами - анодом и катодом. Эти названия не следует путать с плюсом и минусом, которые означают совершенно другие параметры.
Тем не менее, очень часто требуется определить точное соответствие каждого диодного вывода. Существует два способа определения анода и катода:
- Катод маркируется полоской, которая заметно отличается от общего цвета корпуса.
- Второй вариант предполагает проверку диода мультиметром. В результате, не только устанавливается местонахождение анода и катода, но и проверяется работоспособность всего элемента.
Полупроводниковые диоды
Диод – двухэлектродный полупроводниковый прибор с одним p–n-переходом, обладающий односторонней проводимостью тока, предназначен для выпрямления переменного тока.
Существует много различных типов диодов – выпрямительные, импульсные, туннельные, обращенные, сверхвысокочастотные диоды, а также стабилитроны, варикапы, фотодиоды, светодиоды и др.
1. Выпрямительные диоды
Работа выпрямительного диода объясняется свойствами электрического p–n-перехода.
Вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда и обладающий высоким электрическим сопротивлением, – так называемый запирающий слой. Этот слой определяет контактную разность потенциалов (потенциальный барьер).
Если к p–n-переходу приложить внешнее напряжение, создающее электрическое поле в направлении, противоположном полю электрического слоя, то толщина этого слоя уменьшится и при напряжении 0,4 - 0,6 В запирающий слой исчезнет, а ток существенно возрастет (этот ток называют прямым).
При подключении внешнего напряжения другой полярности запирающий слой увеличится и сопротивление p–n-перехода возрастет, а ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда, будет незначительным даже при сравнительно больших напряжениях.
Прямой ток диода создается основными, а обратный – неосновными носителями заряда. Положительный (прямой) ток диод пропускает в направлении от анода к катоду.
На рис. 1 показаны условное графическое обозначение и характеристики выпрямительных диодов. Два вывода диода: анод А и катод К не обозначаются и на рисунке показаны для пояснения.
На вольт-амперной характеристике диода обозначена область электрического пробоя, когда при небольшом увеличении обратного напряжения ток резко возрастает.
Электрический пробой является обратимым явлением. При возвращении в рабочую область диод не теряет своих свойств. Если обратный ток превысит определенное значение, то электрический пробой перейдет в необратимый тепловой с выходом прибора из строя.
Рис. 1. Полупроводниковый выпрямительный диод: а – вольт-амперная характеристика, б – условное графическое изображение
Промышленностью в основном выпускаются германиевые (Ge) и кремниевые (Si) диоды.
Кремниевые диоды обладают малыми обратными токами, более высокой рабочей температурой (150 - 200 °С против 80 - 100 °С), выдерживают большие обратные напряжения и плотности тока (60 - 80 А/см2 против 20 - 40 А/см2). Кроме того, кремний – широко распространенный элемент (в отличие от германиевых диодов, который относится к редкоземельным элементам).
К преимуществам германиевых диодов можно отнести малое падение напряжения при протекании прямого тока (0,3 - 0,6 В против 0,8 - 1,2 В). Кроме названных полупроводниковых материалов, в сверхвысокочастотных цепях используют арсенид галлия GaAs.
Полупроводниковые диоды по технологии изготовления делятся на два класса: точечные и плоскостные.
Точечный диод образуют Si- или Ge-пластина n-типа площадью 0,5 - 1,5 мм2 и стальная игла, образующая p–n-переход в месте контакта. В результате малой площади переход имеет малую емкость, следовательно, такой диод способен работать в высокочастотных цепях. Но ток через переход не может быть большим (обычно не более 100 мА).
Плоскостной диод состоит из двух соединенных Si- или Ge-пластин с разной электропроводностью. Большая площадь контакта ведет к большой емкости перехода и относительно низкой рабочей частоте, но проходящий ток может быть большим (до 6000 А).
Основными параметрами выпрямительных диодов являются:
– максимально допустимый прямой ток Iпр.max,
– максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max,
– максимально допустимая частота fmax.
По первому параметру выпрямительные диоды делят на диоды:
– малой мощности, прямой ток до 300 мА,
– средней мощности, прямой ток 300 мА - 10 А,
– большой мощности – силовые, максимальный прямой ток определяется классом и составляет 10, 16, 25, 40, - 1600 А.
2. Импульсные диоды применяются в маломощных схемах с импульсным характером подводимого напряжения. Отличительное требование к ним – малое время перехода из закрытого состояния в открытое и обратно (типичное время 0,1 - 100 мкс).
3. Стабилитрон предназначен для стабилизации, т.е. поддержания постоянства напряжения в цепях питания радиоэлектронной аппаратуры. Внешний вид одной из конструкций наиболее распространенных среди радиолюбителей стабилитронов и его графическое обозначение показаны на (рис.2). По устройству и принципу работы кремниевые стабилитроны широкого применения аналогичны плоскостным выпрямительным диодам. Но работает стабилитрон не на прямом участке вольт - амперной характеристики, как выпрямительные или высокочастотные диоды, а на обратной ветви вольт - амперной характеристики , где незначительное обратное напряжение вызывает значительное увеличение обратного тока через прибор. Разобраться в сущности действия стабилитрона вам поможет его вольт - амперная характеристика, показанная на (рис. 2, а). Здесь (как и на рис. 2) по горизонтальной оси отложены в некотором масштабе обратное напряжение Uобр., а по вертикальной оси вниз - обратный ток Iобр. Напряжение на стабилитрон подают в обратной полярности , т. е. включают так, чтобы его анод был соединен с отрицательным полюсом источника питания. При таком включении через стабилитрон течет обратный ток Iобр. По мере увеличения обратного напряжения обратный ток растет очень медленно - характеристика идет почти параллельно оси Uобр. Но при некотором напряжении Uобр. р - n переход стабилитрона пробивается и через него начинает течь значительный обратный ток. Теперь вольт - амперная характеристика резко поворачивает и идет вниз почти параллельно оси Iобр. Этот участок и является для стабилитрона рабочим. Пробой же р - n перехода не ведет к порче прибора, если ток через него не превышает некоторого допустимого значения.
Стабилитрон и его графическое обозначение на схемах
Рис. 2. Вольт - амперная характеристика стабилитрона (а) и схема параметрического стабилизатора напряжения (б)
На (рис. 2 ,б) приведена схема возможного практического применения стабилитрона. Это так называемый параметрический стабилизатор напряжения . При таком включении через стабилизатор V течет обратный ток Iобр., создающийся источником питания, напряжение которого может изменяться в значительных пределах. Под действием этого напряжения ток Iобр., текущий через стабилитрон, тоже изменяется, а напряжение на нем, а значит, и на подключенной к нему нагрузке Rн остается практически неизменным - стабильным. Резистор R ограничивает максимально допустимый ток, текущий через стабилитрон. Параметры стабилитрона: напряжение стабилизации Uст ., ток стабилизации Iст. , минимальный ток стабилизации Icт.min и максимальный ток стабилизации Icт.max . Параметр Uст. - это то напряжение, которое создается между выводами стабилизатора в рабочем режиме. Наша промышленность выпускает кремниевые стабилитроны на напряжение стабилизации от нескольких вольт до 180 В. Минимальный ток стабилизации Iст. min - это наименьший ток через прибор, при котором начинается устойчивая работа в режиме пробоя (на рис. 2, а - штриховая линия Iст.min), с уменьшением этого тока прибор перестает стабилизировать напряжение. Максимально допустимый ток стабилизации Iст.max - это наибольший ток через прибор, при котором температура его р - n перехода не превышает допустимой (на рис. 2, а - штриховая линия Icт.max) - Превышение тока Iст.max ведёт к тепловому пробою р - n перехода и, естественно, к выходу прибора из строя.
4.Фотодиод - полупроводниковый фотоэлектрический прибор с внутренним фотоэффектом, обратный ток которого зависит от освещенности р-n перехода. Существуют два режима работы фотодиодов:
Без внешнего источника электропитания (режим фотогенератора);
С внешним источником электропитания (режим фотопреобразователя).
В первом режиме используется фотогальванический эффект. Воздействие светового потока на p – n переход через отверстие в корпусе приводит к созданию на зажимах фотодиода (при разомкнутой внешней цепи) разности потенциалов, называемой фото - э.д.с. У селеновых и кремниевых фотодиодов фото - э.д.с. достигает 0,5 - 0,6 В, у диодов из арсенида галлия - примерно 0,8 - 0,9 В.
При замыкании выводов освещенного фотодиода на резистор ток, появляющийся в цепи, зависит от фото - э.д.с. и сопротивления резистора. Максимальный ток при одной и той же освещенности фотодиода возникает при сопротивлении, равном нулю, т.е. при коротком замыкании фотодиода. При больших световых потоках наступает насыщение и рост фото - э.д.с. прекращается. Фотодиоды, работающие в данном режиме, находят применение в солнечных батареях.
Если фотодиоды включить в цепь с источником электропитания в непроводящем направлении (рис.3) и обеспечить освещение, то при изменении интенсивности освещения происходит существенное изменение обратной ветви вольт характеристики и, как следствие, изменение величины обратного тока I .
Рис.3. Полупроводниковый фотодиод: схема включения (режим фотопреобразователя)
Когда фотодиод не освещен, в цепи проходит обратный темновой ток (5-10 мкА). При освещении фотодиода появляется дополнительное число электронов и дырок, что приводит к увеличению тока в цепи. Выходным сигналом в цепи обычно является напряжение , на резисторе . Фотодиод обладают высокой чувствительностью и используются в схемах автоматического контроля и регулирования.
5. Светодиод - полупроводниковый диод, в котором предусмотрена конструктивная возможность вывода светового излучения из области p – n перехода через отверстие в корпусе.
Принцип действия светодиода основан на интенсивной рекомбинации носителей зарядов и, как следствие этого, выделении лучистой энергии при протекании через p – n переход прямого тока. Светодиод изготавливают из карбида кремния и фосфида галлия, излучающего видимый свет в диапазоне от красного до голубого.
Светодиоды находят применение в цифровых буквенных и знаковых индикаторах систем автоматики.
ТранзисторТранзистором называется электропреобразовательный прибор с одним или несколькими p – n переходами, предназначенный для усиления мощности .
Широкое распространение имеют транзисторы с двумя p – n переходами. Транзисторы данного типа характерны наличием двух различных типов носителей заряда - дырок и электронов.
1.Биполярный транзистор - это транзистор с двумя p – n переходами . Для изготовления транзисторов данного типа применяют в основном кремний и германий. Два p – n перехода создают трехслойную полупроводниковую структуру из полупроводников с различными типами электропроводимости. В соответствии с чередованием областей с различными типами электропроводимости биполярные транзисторы подразделяются на два класса: типа p – n – p и типа n – p – n .
Транзисторы изготавливаются в металлических, пластмассовых корпусах и в бескорпусном исполнении (для микросхем)
Схематическое устройство и условное графическое обозначение биполярных транзисторов (типа n – p – n ) приведены на рис.4, а.
Рис.4. Биполярный транзистор n – p – n : а) условное обозначение; б) и в) движение носителей заряда (электронов и дырок)
У биполярных транзисторов центральный слой называют базой (Б) . Наружный слой, являющийся источником носителей зарядов (электронов или дырок), который главным образом и создает ток прибора, называют эмиттером (Э) , а наружный слой, принимающий заряды, поступающие от эмиттера, называется коллектором (К) .
Существуют три способа включения транзистора: с общей базой (ОБ) , с общим эмиттером (ОЭ) , и общим коллектором (ОК). Различие в способах включения зависит от того, какой из выводов транзистора является общим для входной и выходной цепей. В схеме ОБ общей точкой входной и выходной цепей является база, в схеме ОЭ- эмиттер, в схеме ОК – коллектор.
Основной схемой включения биполярного транзистора является схема с общим эмиттером (рис.5, а). Для такой схемы входной ток равен току базы: = - . Малая величина входного (управляющего) тока обусловила широкое применение данной схемы.
Зависимость между током и напряжением во входной цепи транзистора при постоянном напряжении между коллектором и эмиттером называют входной (базовой) характеристикой транзистора (), а зависимость тока коллектора от напряжения при постоянных значениях тока базы - семейством его выходных (коллекторных) характеристик (). Входная и выходная характеристики биполярного транзистора средней мощности типа n – p – n приведены соответственно на рис.5, б, в.
Рис.5. Включение биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером 
Схемы включения биполярного транзистора: а) с ОБ; б) с ОЭ; в) с ОК
2. Полевые (униполярные) транзисторы - в отличие от биполярных транзисторов управление выходным током осуществляется не входным током, а электрическим полем, создаваемым входным напряжением. Делятся на транзисторы с управляющим p–n-переходом ли переходом металл - полупроводник (барьер Шоттки), и с изолированным затвором или транзисторы МДП (МОП) (метал - диэлектрик - полупроводник). Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом проще биполярного.
А) Полевой транзистор с управляющим p-n переходом - это полевой транзистор, затвор которого изолирован (то есть, отделён в электрическом отношении) от канала p-n переходом, смещённым в обратном направлении. Такой транзистор имеет два невыпрямляющих контакта к области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда, и один или два управляющих электронно-дырочных перехода, смещённых в обратном направлении. При изменении обратного напряжения на p-n переходе изменяется его толщина и, следовательно, толщина области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда. - Прибор, в котором электрическое поле, возникающее от приложения напряжения между затвором и истоком, управляет через канал током. В полевом транзисторе носители заряда (электроны или дырки) одного знака проходят по полупроводниковому каналу. Канал - это полупроводниковая область в транзисторе, сопротивление которой зависит от потенциала на затворе. Электрод, из которого в канал входят основные носители заряда, называют истоком (И), а электрод, через который основные носители заряда уходят из канала, - стоком (С). Электрод, служащий для регулирования попе речного сечения канала, носит название затвора (З).
Полевые транзисторы изготовляют из кремния и в зависимости от электропроводности исходного материала подразделяют на транзисторы с каналами p - и n - типов.
Полевой транзистор с затвором в виде p – n перехода - полупроводниковый прибор, в котором проводимостью канала можно управлять, подавая напряжение на закрытый p – n переход. Структурная схема и схема включения полевого транзистора с каналом n- типа и затвором в виде p – n перехода приведены на рис.6, а, б.
В транзисторе с каналом n
- типа основными носителями заряда в канале являются электроны, которые движутся вдоль канала от истока с низким потенциалом к стоку с более высоким потенциалом образуя ток стока . Между затвором и истоком приложено напряжение, запирающее p – n
переход, образованный n
- областью канала и p
- областью затвора. Таким образом, в полевом транзисторе с каналом n
- типа полярности приложенных напряжений следующие: 
.
В транзисторе с каналом p - типа основными носителями заряда в канале являются дырки, которые движутся в направлении понижения потенциала, поэтому , а .
Рис.6. Структурная схема (а) и схема включения (б) полевого транзистора с каналом n-типа и затвором в виде p – n перехода:1 - ввод истока; 2 - затвор; З - канал; 4 - вывод затвора; 5 - вывод стока
Б). Полевой транзистор с изолированным затвором - это полевой транзистор, затвор которого отделён в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика. В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением, который называют подложкой, созданы две сильнолегированные области с противоположным относительно подложки типом проводимости. На эти области нанесены металлические электроды - исток и сток. Расстояние между сильно легированными областями истока и стока может быть меньше микрона. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка 0,1 мкм) диэлектрика. Так как исходным полупроводником для полевых транзисторов обычно является кремний, то в качестве диэлектрика используется слой двуокиси кремния SiO 2 , выращенный на поверхности кристалла кремния путём высокотемпературного окисления. На слой диэлектрика нанесён металлический электрод - затвор. Получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДП (МОП) -транзисторами.
Полевой транзистор можно включать по одной из трех основных схем: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ) (рис. 7).
Рис.7 – Схемы включения полевого транзистора: а) ОИ; б) ОЗ; в) ОС
На практике чаще всего применяется схема с ОИ, аналогичная схеме на биполярном транзисторе с ОЭ.
Условно- графические обозначения полевых транзисторов приведены на рисунке :
1. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом
2. Полевой МДП (МОП) транзистор с изолированным затвором
Тиристор
–полупроводниковое устройство, обладающее тремя и более р-n переходами. Используется в электрических схемах в качестве ключа.
Тиристор – это четырехслойный полупроводниковый прибор, обладающий двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (тиристор закрыт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое осуществляется под внешним воздействием электрического напряжения или тока на прибор.
Основными типами являются диодные (двухэлектродные) и триодные (трехэлектродные) тиристоры.
1.В диодном тиристоре (динисторе), структура которого изображена на рис.8, а, переход прибора из закрытого состояния в открытое производится, когда напряжение между анодом и катодом достигает некоторой величины, являющейся номинальным параметром прибора - напряжением переключения .
Рис.8. Диодный тиристор (динистор): а) структура; б) вольт - амперная характеристика
2.Триодным тиристором называется управляемый трехэлектродный переключатель, в котором переключение четырехслойной p 1 – n 1 – p 2 – n 2 – структуры в проводящее состояние (рис.9, а) производится подключением на один из слоев структуры (p 2) напряжения управления. Таким образом, обеспечивается увеличение тока через переход n 3 на величину .
Рис.9. Триодный тиристор: а) структура, вольт - амперная характеристика; б) конструкция
3.Симметричные тиристоры (симисторы) позволяют управлять переключением цепи переменного тока в течение как положительного, так и отрицательного полупериодов приложенного переменного напряжения. На рис.10, а показано условное обозначение прибора в схемах и его вольт - амперная характеристика.
Рис.10. Симметричный тиристор (симистор)
Выпрямитель
- статическое устройство, служащее для преобразования переменного тока источника электроэнергии в постоянный.
Выпрямитель состоит из трансформатора, вентильной группы и сглаживающего фильтра (рис. 11). Трансформатор Тр выполняет несколько функций: изменяет напряжение сети Uвх до значения U1 необходимого для выпрямления, электрически отделяет нагрузку Н от сети, преобразует число фаз переменного тока.
Вентильная группа ВГ преобразует переменный ток в пульсирующий однонаправленный. Сглаживающий фильтр СФ уменьшает пульсации выпрямленного напряжения (тока) до значения, допустимого для работы нагрузки. Трансформатор Тр и сглаживающий фильтр СФ не являются обязательными элементами схемы выпрямителя.
Рис. 11. Структурная схема выпрямителя
Основными параметрами, характеризующими качество работы выпрямителя, являются:
· средние значения выпрямленного (выходного) напряжения Uср и тока Iср,
· частота пульсаций fп выходного напряжения (тока),
· коэффициент пульсаций р, равный отношению амплитуды напряжения пульсаций к среднему значению выходного напряжения.
· внешняя характеристика - зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения выпрямленного тока,
· к. п. д. η = Pполезн / Pпотр = Pполезн / (полезн + Ртр + Рвг + Рф), где Ртр, Рвг, Рф - мощность потерь в трансформаторе, в вентильной группе и сглаживающем фильтре.
В этой статье мы рассмотрим обозначение радиоэлементов на схемах.
С чего начать чтение схем?
Для того, чтобы научиться читать схемы, первым делом, мы должны изучить как выглядит тот или иной радиоэлемент в схеме. В принципе ничего сложного в этом нет. Вся соль в том, что если в русской азбуке 33 буквы, то для того, чтобы выучить обозначения радиоэлементов, придется неплохо постараться.
До сих пор весь мир не может договориться, как обозначать тот или иной радиоэлемент либо устройство. Поэтому, имейте это ввиду, когда будете собирать буржуйские схемы. В нашей статье мы будем рассматривать наш российский ГОСТ-вариант обозначения радиоэлементов
Изучаем простую схему
Ладно, ближе к делу. Давайте рассмотрим простую электрическую схему блока питания, которая раньше мелькала в любом советском бумажном издании:
Если вы не первый день держите паяльник в руках, то для вас с первого взгляда сразу все станет понятно. Но среди моих читателей есть и те, кто впервые сталкивается с подобными чертежами. Поэтому, эта статья в основном именно для них.
Ну что же, давайте ее анализировать.
В основном, все схемы читаются слева-направо, точно также, как вы читаете книгу. Всякую разную схему можно представить в виде отдельного блока, на который мы что-то подаем и с которого мы что-то снимаем. Здесь у нас схема блока питания, на который мы подаем 220 Вольт из розетки вашего дома, а выходит уже с нашего блока постоянное напряжение . То есть вы должны понимать, какую основную функцию выполняет ваша схема . Это можно прочесть в описании к ней.
Как соединяются радиоэлементы в схеме
Итак, вроде бы определились с задачей этой схемы. Прямые линии – это провода, либо печатные проводники, по которым будет бежать электрический ток . Их задача – соединять радиоэлементы.
Точка, где соединяются три и более проводников, называется узлом . Можно сказать, в этом месте проводки спаиваются:
Если пристально вглядеться в схему, то можно заметить пересечение двух проводников
Такое пересечение будет часто мелькать в схемах. Запомните раз и навсегда: в этом месте провода не соединяются и они должны быть изолированы друг от друга . В современных схемах чаще всего можно увидеть вот такой вариант, который уже визуально показывает, что соединения между ними отсутствует:
Здесь как бы один проводок сверху огибает другой, и они никак не контактируют между собой.
Если бы между ними было соединение, то мы бы увидели вот такую картину:
Буквенное обозначение радиоэлементов в схеме
Давайте еще раз рассмотрим нашу схему.
Как вы видите, схема состоит из каких-то непонятных значков. Давайте разберем один из них. Пусть это будет значок R2.
Итак, давайте первым делом разберемся с надписями. R – это значит . Так как у нас он не единственный в схеме, то разработчик этой схемы дал ему порядковый номер “2”. В схеме их целых 7 штук. Радиоэлементы в основном нумеруются слева-направо и сверху-вниз. Прямоугольник с чертой внутри уже явно показывает, что это постоянный резистор с мощностью рассеивания в 0,25 Ватт. Также рядом с ним написано 10К, что означает его номинал в 10 Килоом. Ну как-то вот так…
Как же обозначаются остальные радиоэлементы?
Для обозначения радиоэлементов используются однобуквенные и многобуквенные коды. Однобуквенные коды – это группа , к которой принадлежит тот или иной элемент. Вот основные группы радиоэлементов :
А – это различные устройства (например, усилители)
В – преобразователи неэлектрических величин в электрические и наоборот. Сюда могут относиться различные микрофоны, пьезоэлементы, динамики и тд. Генераторы и источники питания сюда не относятся .
С – конденсаторы
D – схемы интегральные и различные модули
E – разные элементы, которые не попадают ни в одну группу
F – разрядники, предохранители, защитные устройства
H – устройства индикации и сигнальные устройства, например, приборы звуковой и световой индикации
K – реле и пускатели
L – катушки индуктивности и дроссели
M – двигатели
Р – приборы и измерительное оборудование
Q – выключатели и разъединители в силовых цепях. То есть в цепях, где “гуляет” большое напряжение и большая сила тока
R – резисторы
S – коммутационные устройства в цепях управления, сигнализации и в цепях измерения
T – трансформаторы и автотрансформаторы
U – преобразователи электрических величин в электрические, устройства связи
V – полупроводниковые приборы
W – линии и элементы сверхвысокой частоты, антенны
X – контактные соединения
Y – механические устройства с электромагнитным приводом
Z – оконечные устройства, фильтры, ограничители
Для уточнения элемента после однобуквенного кода идет вторая буква, которая уже обозначает вид элемента . Ниже приведены основные виды элементов вместе с буквой группы:
BD – детектор ионизирующих излучений
BE – сельсин-приемник
BL – фотоэлемент
BQ – пьезоэлемент
BR – датчик частоты вращения
BS – звукосниматель
BV – датчик скорости
BA – громкоговоритель
BB – магнитострикционный элемент
BK – тепловой датчик
BM – микрофон
BP – датчик давления
BC – сельсин датчик
DA – схема интегральная аналоговая
DD – схема интегральная цифровая, логический элемент
DS – устройство хранения информации
DT – устройство задержки
EL – лампа осветительная
EK – нагревательный элемент
FA – элемент защиты по току мгновенного действия
FP – элемент защиты по току инерционнго действия
FU – плавкий предохранитель
FV – элемент защиты по напряжению
GB – батарея
HG – символьный индикатор
HL – прибор световой сигнализации
HA – прибор звуковой сигнализации
KV – реле напряжения
KA – реле токовое
KK – реле электротепловое
KM – магнитный пускатель
KT – реле времени
PC – счетчик импульсов
PF – частотомер
PI – счетчик активной энергии
PR – омметр
PS – регистрирующий прибор
PV – вольтметр
PW – ваттметр
PA – амперметр
PK – счетчик реактивной энергии
PT – часы
QF
QS – разъединитель
RK – терморезистор
RP – потенциометр
RS – шунт измерительный
RU – варистор
SA – выключатель или переключатель
SB – выключатель кнопочный
SF – выключатель автоматический
SK – выключатели, срабатывающие от температуры
SL – выключатели, срабатывающие от уровня
SP – выключатели, срабатывающие от давления
SQ – выключатели, срабатывающие от положения
SR – выключатели, срабатывающие от частоты вращения
TV – трансформатор напряжения
TA – трансформатор тока
UB – модулятор
UI – дискриминатор
UR – демодулятор
UZ – преобразователь частотный, инвертор, генератор частоты, выпрямитель
VD – диод , стабилитрон
VL – прибор электровакуумный
VS – тиристор
VT –
WA – антенна
WT – фазовращатель
WU – аттенюатор
XA – токосъемник, скользящий контакт
XP – штырь
XS – гнездо
XT – разборное соединение
XW – высокочастотный соединитель
YA – электромагнит
YB – тормоз с электромагнитным приводом
YC – муфта с электромагнитным приводом
YH – электромагнитная плита
ZQ – кварцевый фильтр
Графическое обозначение радиоэлементов в схеме
Постараюсь привести самые ходовые обозначения элементов, используемые в схемах:
Резисторы и их виды
а ) общее обозначение
б ) мощностью рассеяния 0,125 Вт
в ) мощностью рассеяния 0,25 Вт
г ) мощностью рассеяния 0,5 Вт
д ) мощностью рассеяния 1 Вт
е ) мощностью рассеяния 2 Вт
ж ) мощностью рассеяния 5 Вт
з ) мощностью рассеяния 10 Вт
и ) мощностью рассеяния 50 Вт
Резисторы переменные
Терморезисторы
Тензорезисторы
Варисторы
Шунт
Конденсаторы
a ) общее обозначение конденсатора
б ) вариконд
в ) полярный конденсатор
г ) подстроечный конденсатор
д ) переменный конденсатор
Акустика
a ) головной телефон
б ) громкоговоритель (динамик)
в ) общее обозначение микрофона
г ) электретный микрофон
Диоды
а ) диодный мост
б ) общее обозначение диода
в ) стабилитрон
г ) двусторонний стабилитрон
д ) двунаправленный диод
е ) диод Шоттки
ж ) туннельный диод
з ) обращенный диод
и ) варикап
к ) светодиод
л ) фотодиод
м ) излучающий диод в оптроне
н ) принимающий излучение диод в оптроне
Измерители электрических величин
а ) амперметр
б ) вольтметр
в ) вольтамперметр
г ) омметр
д ) частотомер
е ) ваттметр
ж ) фарадометр
з ) осциллограф
Катушки индуктивности
а ) катушка индуктивности без сердечника
б ) катушка индуктивности с сердечником
в ) подстроечная катушка индуктивности
Трансформаторы
а ) общее обозначение трансформатора
б ) трансформатор с выводом из обмотки
в ) трансформатор тока
г ) трансформатор с двумя вторичными обмотками (может быть и больше)
д ) трехфазный трансформатор
Устройства коммутации
а ) замыкающий
б ) размыкающий
в ) размыкающий с возвратом (кнопка)
г ) замыкающий с возвратом (кнопка)
д ) переключающий
е ) геркон
Электромагнитное реле с разными группами контактов
Предохранители
а ) общее обозначение
б ) выделена сторона, которая остается под напряжением при перегорании предохранителя
в ) инерционный
г ) быстродействующий
д ) термическая катушка
е ) выключатель-разъединитель с плавким предохранителем
Тиристоры
Биполярный транзистор
Однопереходный транзистор
ГОСТ 2.730-73
Группа Т52
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Единая система конструкторской документации
ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ
Приборы полупроводниковые
Unified system for design documentation. Graphical symbols in diagrams. Semiconductor devices
МКС 01.080.40
31.080
Дата введения 1974-07-01
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Государственным комитетом стандартов Совета Министров СССР
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 16.08.73 N 2002
3. Соответствует СТ СЭВ 661-88
4. ВЗАМЕН ГОСТ 2.730-68 , ГОСТ 2.747-68 в части пп.33 и 34 таблицы
5. ИЗДАНИЕ (апрель 2010 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, 4, утвержденными в июле 1980 г., апреле 1987 г., марте 1989 г., июле 1991 г. (ИУС 10-80, 7-87, 6-89, 10-91), Поправкой (ИУС 3-91)
1. Настоящий стандарт устанавливает правила построения условных графических обозначений полупроводниковых приборов на схемах, выполняемых вручную или автоматическим способом во всех отраслях промышленности.
(Измененная редакция, Изм. N 3).
2. Обозначения элементов полупроводниковых приборов приведены в табл.1.
Обозначения элементов полупроводниковых приборов
Таблица 1
Наименование | Обозначение |
1. (Исключен, Изм. N 2). | |
2. Электроды: | |
база с одним выводом | |
база с двумя выводами | |
Р
-эмиттер с N-
областью | |
N
-эмиттер с P
-областью | |
несколько Р
-эмиттеров с N
-областью | |
несколько N
-эмиттеров с P
-областью | |
коллектор с базой | |
несколько коллекторов, например, четыре коллектора на базе | |
3. Области: | |
область между проводниковыми слоями с различной электропроводностью | |
Переход от Р
-области к N
-области и наоборот | |
область собственной электропроводности (I
-область): | |
1) между областями с электропроводностью разного типа PIN
или NIP
| |
2) между областями с электропроводностью одного типа PIP
или NIN
| |
3) между коллектором и областью с противоположной электропроводностью PIN
или NIP
| |
4) между коллектором и областью с электропроводностью того же типа PIP
или NIN
| |
4. Канал проводимости для полевых транзисторов: | |
обогащенного типа | |
обедненного типа | |
5. Переход PN
| |
6. Переход NP
| |
7. Р
-канал на подложке N
-типа, обогащенный тип | |
8. N
-канал на подложке P
-типа, обедненный тип | |
9. Затвор изолированный | |
10. Исток и сток | |
Примечание. Линия истока должна быть изображена на продолжении линии затвора, например: | |
11. Выводы полупроводниковых приборов: | |
электрически не соединенные с корпусом | |
электрически соединенные с корпусом | |
12. Вывод корпуса внешний. Допускается в месте присоединения к корпусу помещать точку |
(Измененная редакция, Изм. N 2, 3).
3, 4. (Исключены, Изм. N 1).
________________
* Таблицы 2, 3. (Исключены, Изм. N 1).
5. Знаки, характеризующие физические свойства полупроводниковых приборов, приведены в табл.4.
Знаки, характеризующие физические свойства полупроводниковых приборов
Таблица 4
Наименование | Обозначение |
1. Эффект туннельный | |
а) прямой | |
б) обращенный | |
2. Эффект лавинного пробоя: | |
а) односторонний | |
б) двухсторонний | |
3-8. (Исключены, Изм. N 2). | |
9. Эффект Шоттки |
6. Примеры построения обозначений полупроводниковых диодов приведены в табл.5.
Примеры построения обозначений полупроводниковых диодов
Таблица 5
Наименование | Обозначение |
Общее обозначение | |
2. Диод туннельный | |
3. Диод обращенный | |
4. Стабилитрон (диод лавинный выпрямительный) | |
а) односторонний | |
б) двухсторонний | |
5. Диод теплоэлектрический | |
6. Варикап (диод емкостной) | |
7. Диод двунаправленный | |
8. Модуль с несколькими (например, тремя) одинаковыми диодами с общим анодным и самостоятельными катодными выводами | |
8а. Модуль с несколькими одинаковыми диодами с общим катодным и самостоятельными анодными выводами | |
9. Диод Шоттки | |
10. Диод светоизлучающий |
7. Обозначения тиристоров приведены в табл.6.
Обозначения тиристоров
Таблица 6
Наименование | Обозначение |
1. Тиристор диодный, запираемый в обратном направлении | |
2. Тиристор диодный, проводящий в обратном направлении | |
3. Тиристор диодный симметричный | |
4. Тиристор триодный. Общее обозначение | |
5. Тиристор триодный, запираемый в обратном направлении с управлением: | |
по аноду | |
по катоду | |
6. Тиристор триодный выключаемый: | |
общее обозначение | |
запираемый в обратном направлении, с управлением по аноду | |
запираемый в обратном направлении, с управлением по катоду | |
7. Тиристор триодный, проводящий в обратном направлении: | |
общее обозначение | |
с управлением по аноду | |
с управлением по катоду | |
8. Тиристор триодный симметричный (двунаправленный) - триак | |
9. Тиристор тетроидный, запираемый в обратном направлении |
Примечание. Допускается обозначение тиристора с управлением по аноду изображать в виде продолжения соответствующей стороны треугольника.
8. Примеры построения обозначений транзисторов с P-N-
переходами приведены в табл.7.
Примеры построения обозначений транзисторов
Таблица 7
Наименование | Обозначение |
1. Транзистор | |
а) типа PNP
| |
б) типа NPN
с выводом от внутреннего экрана | |
2. Транзистор типа NPN
, коллектор соединен с корпусом | |
3. Транзистор лавинный типа NPN
| |
4. Транзистор однопереходный с N
-базой | |
5. Транзистор однопереходный с P
-базой | |
6. Транзистор двухбазовый типа NPN
| |
7. Транзистор двухбазовый типа PNIP
с выводом от -области | |
8. Транзистор двухбазовый типа PNIP с выводом от -области | |
9. Транзистор многоэмиттерный типа NPN
|
Примечание. При выполнении схем допускается:
а) выполнять обозначения транзисторов в зеркальном изображении, например,
б) изображать корпус транзистора.
9. Примеры построения обозначений полевых транзисторов приведены в табл.8.
Примеры построения обозначений полевых транзисторов
Таблица 8
Наименование | Обозначение |
1. Транзистор полевой с каналом типа N
| |
2. Транзистор полевой с каналом типа P
| |
3. Транзистор полевой с изолированным затвором без вывода от подложки: | |
а) обогащенного типа с Р-
каналом | |
б) обогащенного типа с N-
каналом | |
в) обедненного типа с Р-
каналом | |
г) обедненного типа с N-
каналом | |
4. Транзистор полевой с изолированным затвором обогащенного типа с N-
каналом, с внутренним соединением истока и подложки | |
5. Транзистор полевой с изолированным затвором с выводом от подложки обогащенного типа с Р-
каналом | |
6. Транзистор полевой с двумя изолированными затворами обедненного типа с Р-
каналом с выводом от подложки | |
7. Транзистор полевой с затвором Шоттки | |
8. Транзистор полевой с двумя затворами Шоттки |
Примечание. Допускается изображать корпус транзисторов.
10. Примеры построений обозначений фоточувствительных и излучающих полупроводниковых приборов приведены в табл.9.
Примеры построений обозначений фоточувствительных и излучающих полупроводниковых приборов
Таблица 9
Наименование | Обозначение |
1. Фоторезистор: | |
а) общее обозначение | |
б) дифференциальный | |
2. Фотодиод | |
3. Фоторезистор | |
4. Фототранзистор: | |
а) типа PNP
| |
б) типа NPN
| |
5. Фотоэлемент | |
6. Фотобатарея |
11. Примеры построения обозначений оптоэлектронных приборов приведены в табл.10
Примеры построения обозначений оптоэлектронных приборов
Таблица 10
Наименование | Обозначение |
1. Оптрон диодный | |
2. Оптрон тиристорный | |
3. Оптрон резисторный | |
4. Прибор оптоэлектронный с фотодиодом и усилителем: | |
а) совмещенно | |
б) разнесенно | |
5. Прибор оптоэлектронный с фототранзистором: | |
а) с выводом от базы | |
б) без вывода от базы |
