Большие конденсаторы в маленьких корпусах

Изготоаление конденсаторов с емкостями порядка фарад стало возможным только совсем недавно. Старые методы изготовления не позволяли получить конденсатор с емкостью, например 1 мкФ, который был бы меньше, чем хлебница.

Однако развитие технологий и создание новых материалов, таких как микроскопические углеродные гранулы, дало возможность производителям элементов изготавливать конденсаторы даже больших емкостей размерами не больше ладони. (Существуют конденсаторы очень большой емкости — ионисторы. — Примеч. ред.) Память в компьютерах, радиоприемники с электронными часами и многие другие электронные устройства нуждаются в источниках заряда, питающих отдельные узлы в течение длительного времени, когда нет доступа к обычному источнику питания. Именно конденсаторы и выступают в роли таких заменителей батареек.

 

Конденсаторы бывают совершенно различных форм (рис. 4.4). (На рисунке не показаны SMD-конденсаторы (безвыводные). — Примеч. ред.)

 

 

Алюминиевые электролитические и бумажные конденсаторы изготавливаются обычно цилиндрической формы. Танталовые, керамические, слюдяные и полистиреновые — более шаровидной, поскольку чаще всего их погружают в емкость с жидкой эпоксидной смолой или пластиком, что и придает им округлые очертания. Однако не все конденсаторы (особенно слюдяные или майларовые) имеют формы, соответствующие какому-то определенному типу, поэтому не стоит судить об их характеристиках только по внешнему виду.

 

Какую емкость имеет мой конденсатор?

Некоторые конденсаторы и правда имеют на боку маркировку, однозначно определяющую их емкость. Обычно так делают для больших алюминиевых электролитических конденсаторов — их размер позволяет печатать на корпусе как емкость, так и максимальное рабочее напряжение.

Однако более мелкие конденсаторы, такие как слюдяные дисковые конденсаторы с емкостями 0,1 или 0,01 мкФ, имеют только маркировку из трех цифр, обозначающую емкость и допуск номинала. Большинство радиолюбителей не имеют проблем с расшифровкой системы обозначения емкостей. Но есть одно "но" (это вредное "но" есть почти всегда). Эта система счисления основывается на пикофарадах, а не на микрофарадах. Впрочем, в остальном она совпадает с маркировкой на резисторах. Так, число 103, написанное на конденсаторе, обозначает, что после двух первых цифр, 10, следует дописать 3 нуля, что дает 10 000 пикофарад.

Как правило, любое значение свыше 1000 пикофарад измеряется в микрофарадах. Чтобы преобразовать емкость из пикофарад в микрофарады, нужно просто сдвинуть десятичную точку на 6 разрядов влево. Таким образом, емкость конденсатора из предыдущего абзаца (10 000 пикофарад), записанная в микрофарадах, равняется 0,01 мкФ.

Используя табл. 4.3, приведем удобный список основных типов маркировки на конденсаторах, подчиняющихся данной системе.

Таблица 4.3. Значения емкости у конденсаторов в зависимости от маркировки Маркировка Значение емкости

222 223

 

Маркировка	Значение емкости
пп (число от 01 до 99)	пп пкФ
	0,0001 мкФ
	0,001 мкФ
	0,01 мкФ
	0,1 мкФ
	0,00022 мкФ
	0,0022 мкФ
	0,022 мкФ
	0,22 мкФ
	0,00033 мкФ
	0,0033 мкФ
	0,033 мкФ
	0,33 мкФ
	0,00047 мкФ
	0,0047 мкФ
	0,047 мкФ
	0,47 мкФ

 

В другой, несколько реже используемой системе маркировки, применяются как цифры, так и буквы, например: 4R3

Расположение буквы R указывает позицию десятичной точки, разделяющей целую и дробную части, т.е. запись 4R3 обозначает на самом деле 4,3. Единицы измерения в этой системе записи не указываются, так что данная маркировка может стоять и на конденсаторе 4,3 пФ, и на конденсаторе 4,3 мкФ.

Емкость конденсатора можно измерить либо специальным прибором, либо простым мультиметром с емкостным входом. В большинстве мультиметров этот вход сделан таким образом, что конденсатор необходимо всунуть прямо в отверстия на приборе, чтобы исключить емкость проводов. Это позволяет получать более точные измерения. Более подробно о тестировании конденсаторов вы сможете узнать в главе 9.

 

 

Когда микрофарад - не совсем микрофарад

Большинство конденсаторов имеют весьма приблизительные параметры. Значения емкостей, отпечатанные на элементе, могут довольно значительно отличаться от реальных. Фактически они могут даже быть совсем разными. Эти проблемы связаны с технологиями изготовления конденсаторов, а совсем не с тем, что производители радиоэлементов нарочно хотят досадить радиолюбителям. К счастью, ошибки в точности емкости редко приводят к каким-либо негативным последствиям для большинства схем, однако следует помнить об этом, чтобы, если вдруг потребуется конденсатор высокой точности, знать, что покупать.

Как и резисторы, конденсаторы специально маркируются согласно их допускам, и эта маркировка также указывает процент допуска. В большинстве случаев допуск от номинала указывает одна буква, найти которую можно напечатанную саму по себе либо после кода, обозначающего величину емкости, например так: 103Z

Буква Z в данном случае указывает на то, что емкость конденсатора имеет допуск от +80% до -20%, т.е. реальная емкость этого конденсатора может отличаться от заявленной 0,01 мкФ на 80 процентов в большую сторону или на 20 процентов в меньшую. Значения основных букв, показывающих норму допуска, даны в табл. 4.4.

 

Таблица 4.4. Маркировка допусков емкости конденсаторов

Код	Значение допуска емкости
В	0,1 пФ
С	0,25 пФ
D	0,5 пФ
F	1%
G	2%
J	5%
К	10%
M	20%
Z	+ 80...- 20%

 

 

Воздействие тепла и холода

Есть еще один нюанс: емкость конденсатора меняется с изменением температуры, и эту зависимость описывают при помощи так называемого температурного коэффициента. В том случае, если фирма-производитель указывает на корпусе конденсатора температурный коэффициент, он обозначается в виде трехзначного кода, например NP0 (в данном случае такое обозначение говорит о том, что емкость изменяется на 0 процентов как в сторону отрицательных температур (N — negative), так и в сторону положительных (Р — positive). Конденсаторы с такой маркировкой очень устойчивы к перепадам температуры. (То есть их емкость практически не меняется во всем диапазоне допустимых температур. — Примеч. ред.)

Все большее число производителей радиоэлементов принимают на вооружение систему маркировки EIA (Electronics Industries Association — Ассоциация электронной промышленности, которая объединяет производителей электронного оборудования с целью разработки единых электрических и функциональных спецификаций интерфейсного оборудования. — Примеч. ред.), и в том числе маркировку электронных компонентов согласно температурным параметрам. Коды этой маркировки можно изучить в табл. 4.5. Три символа, использующиеся при записи кода, указывают допуски емкости в зависимости от температуры окружающей среды и максимальное отклонение во всем температурном диапазоне.

К примеру, пусть есть конденсатор с обозначением Y5P. Используя табл. 4.5, нетрудно установить, что его температурные характеристики таковы.

 

> Нижний предел допустимых температур: -30 °С. S Верхний предел допустимых температур: +85 °С.

> Изменение емкости во всем диапазоне допустимых температур (-30...+55 °С): +10%.

Таблица 4.5. Коды температурной зависимости емкости конденсаторов согласно системе EIA

1-й символ (1-я буква)	Нижний предел допустимых температур, °С	2-й символ (цифра)	Верхний предел допустимых температур, °С	3-й символ (2-я буква)	Максимальное изменение емкости в диапазоне допустимых температур, %
Z	+10		+45	А	1,0
Y	-30		+65	В	1,5
X	-55		+85	С	2,2
			+105	D	3,3
			+125	Е	4,7
				F	7,5
				Р	10,0
				R	15,0
				S	22,0
				Т	+22,0... -33%
				и	+22,0... -56%
				V	+22,0... -82%

 

Положительные отзывы о полярности конденсаторов

Еще одна, уже последняя, вещь, которую необходимо знать о конденсаторах, заключается в том, что многие конденсаторы, особенно это касается танталовых и алюминиевых электролитических, имеют полярность. По договоренности в большинстве случаев знак минус (-) обозначает отрицательный вывод такого конденсатора, а знак плюс (+), который, соответственно, должен обозначать положительный вывод, не указывается. На рис. 4.5, например, показаны два полярных электролитических конденсатора, на верхнем из которых отрицательный вывод указан знаком минус и стрелкой. (Очень часто отрицательный вывод еще и делают несколько короче положительного. — Примеч. ред.)

 

 

 

Обратите внимание на то, что полярными являются только конденсаторы больших емкостей (от 1 мкФ и выше), как правило, электролитические (хотя и среди них можно найти неполярные — такие часто используются в стереосистемах). Конденсаторы меньших емкостей (слюдяные, керамические, майларовые) не являются полярными, и потому на них нет специальных пометок.

 

Если конденсатор имеет полярность, то совершенно необходимо соблюдать ее при установке в схему. Если случайно перепугать местами выводы конденсатора— например, присоединить его "+" к земле, то можно запросто вывести конденсатор из строя или повредить другие компоненты схемы; конденсатор даже может взорваться!

 

Изменение емкости

Всегда приятно, если все получается именно так, как вы задумали. Вот почему полезно иметь под рукой переменные конденсаторы, которые позволяют изменять емкость, как вам требуется.

Наиболее распространенными типами переменных конденсаторов, с которыми сталкиваются радиолюбители, являются такие, диэлектриком в которых служит воздух. Эти конденсаторы часто можно встретить в радио с амплитудной модуляцией (AM), где они применяются для настройки требуемой частоты. Переменные конденсаторы небольших емкостей довольно часто встречаются в радиоприемниках и передатчиках на кварцевых генераторах, где они служат для точной подстройки опорного сигнала. Значения емкостей таких конденсаторов обычно лежат в пределах от 5 до 500 пФ.

 

Диодомания

Диод представляет собой простейшую форму полупроводникового прибора. Полупроводники используются в электронных схемах для контроля потока электронов (вы могли прочитать о них больше в главе 1). Диод имеет два вывода, каждый из которых обладает крайне большим сопротивлением для тока, текущего в одном направлении, и малым — для тока, протекающего в противоположном. Иными словами, диод служит своеобразным клапаном, пропускающим электроны лишь в одном направлении; в противоположном они пройти не могут.

Диоды используются в массе различных схем, и их можно разделить на несколько типов. Вот список наиболее широко применяемых диодов.

 

> Зенеровский диод (стабилитрон). Ограничивает напряжение до определенного уровня. На таком диоде можно дешево и удобно построить регулятор напряжения для вашей схемы.

> Светоизлучающий диод (светодиод, или СИД). Все полупроводники излучают кванты света, если через них протекает ток. Светодиоды излучают этот свет в видимом диапазоне спектра. В настоящее время можно найти светодиоды всех без исключения цветов радуги.

> Кремниевый управляемый диод (тиристор). Тиристор представляет собой своеобразный ключ, используемый для контроля переменного или постоянного тока. Такие элементы широко применяют в реостатах для регулирования освещения.

> Выпрямительный диод. Этот основной тип диода преобразовывает (или выпрямляет) переменный ток в постоянный. {Запомните: переменный ток постоянно пульсирует между плюсом и минусом, а постоянный ток стабилен и может быть постоянно либо положительным, либо отрицательным. Примеры сигналов постоянного и переменного тока изображены на рис. 4.6). Диоды очень часто называют выпрямителями, поскольку эту функция является основным их свойством.

> Мостовой выпрямитель. Этот компонент состоит из четырех диодов, соединенных в виде прямоугольника. Такая схема преобразовывает переменный ток в постоянный с максимальной эффективностью.

 

 

 

 

Важные параметры диодов: максимальные токи и напряжения

За исключением зенеровских, диоды не имеют номиналов, как резисторы или конденсаторы. Диод просто выполняет свою функцию, контролируя направление потока электронов. Однако это не означает, что все диоды одинаковы. Они оцениваются по двум основным параметрам: предельному обратному напряжению и максимальному току. Эти критерии определяют класс диода, который используется в той или иной схеме.

 

> Предельное обратное напряжение представляет собой максимальное напряжение на выводах диода, приложенное к нему в закрытом состоянии. К примеру, если диод рассчитан на 100 В, не следует применять его в схеме, в которой к нему прикладывается большая разность потенциалов.

 

> Максимальный рабочий ток представляет собой ток, который диод может выдержать, не выходя из строя. Предположим, некоторый диод имеет данный параметр, равный 3 А. Ток, превышающий данное значение, диод не сможет выдержать — он перегреется и выйдет из строя.

 

Диоды идентифицируются согласно принятому в электронной промышленности стандарту — маркировке цифровым кодом. Классический пример такой маркировки представляет собой выпрямительный диод 1N4001, имеющий предельное напряжение 50 В и ток 1 А. Предельное напряжение диода 1N4002 равно уже 100 В, a 1N4003 — 200 В, и т.д. Однако не будем задерживаться на излишне подробном пояснении того, что значит каждая цифра и как она соответствует предельному напряжению или току диода: эту информацию можно легко найти в любой спецификации или каталоге электронных компонентов.

 

Хотите стать профи по диодам? Корпуса выпрямительных диодов от 3 до 5 А обычно покрыты черной либо серой эпоксидной смолой и имеют два длинных вывода, позволяющих устанавливать их непосредственно на печатную плату. Диоды, рассчитанные на большие токи — 20, 30 или 40 А, — обычно имеют металлический корпус с теплоотводом или специальным штифтом, к которому теплоотовод легко прикрепить. Наконец, некоторые диоды имеют корпуса, такие же как у транзисторов (о которых речь пойдет в следующем разделе).

 

 

Где у диодов плюс?

Все диоды обязательно имеют положительный и отрицательный выводы. Эти выводы получили специальные названия: положительный называется анодом, а отрицательный — катодом. Катод диода легко опознать по полоске красного или черного цвета, расположенной у этого вывода на корпусе. На рис. 4.8 как раз показан диод с подобной маркировкой полярности. Полоска, таким образом, соответствует вертикальной линии схемотехнического символа данного элемента. Важно, чтобы, "читая" принципиальную схему какого-либо устройства, вы правильно трактовали расположение в ней диода и направление протекающего тока

Как уже говорилось в самом начале этого раздела, диоды позволяют проходить через них току в прямом направлении и блокируют ток, протекающий в обратном. Таким образом, если вставить диод в схему неправильно, схема или не заработает, или некоторые элементы рискуют выйти из строя. Всегда внимательно проверяйте полярность диодов в схеме — лучше дважды перепроверить, чем один раз устранять последствия!

 

Забавы со светодиодами

Зажигая яркий свет, вы можете по достоинству оценить любопытное поведение некоторых полупроводников: они излучают свет, когда через них протекает ток. Этот свет обычно довольно слаб и лежит в инфракрасной части электромагнитного спектра, но существуют так называемые светоизлучающие диоды (или СИД), которые представляют собой источники значительного количества видимого света. Вы можете встретить такие диоды на кнопках управления компьютером или па клавиатуре. Большинство светодиодов светят красным, желтым или зеленым цветами, но сейчас можно найти инфракрасные, голубые и даже полностью белые светодиоды.

Светодиоды имеют такие же параметры, как и любые другие диоды, но обычно их максимальный ток значительно ниже. Предельное обратное напряжение на светодиоде может достигать 10 В, но при этом максимальный ток будет ограничиваться всего 50 мА. Если же подать на него больший ток, светодиод вспыхнет и сгорит, как спичка.

 

В спецификациях на светоизлучающие диоды обычно указываются два параметра, связанных с током: максимальный ток, который обычно записывается как прямой ток через диод, и пиковый ток. Пиковым током называют предельное значение тока, которое диод может выдержать на протяжении очень короткого интервала времени— порядка миллисекунды. Не следует путать прямой ток с пиковым током, иначе можно легко испепелить ваш диод.

 

Резисторы в паре со светодиодами

Чтобы ограничить ток на светодиоде, пользуются резисторами, как это и показано в схеме на рис. 4.9. Значение сопротивления резистора выбирается так, чтобы полученный ток был меньше максимального для данного светодиода. Расчет этого сопротивления предельно прост, и для большинства схем со стандартным 5 или 12-вольтовым питанием можно смело использовать резисторы примерно одних и тех же диапазонов номиналов.

 

 

Эти примерные значения сопротивлений приведены в табл. 4.5; они даны для стандартных светодиодов.

 

Таблица 4.6. Значения резисторов при ограничении тока через светодиод

Напряжение питания схемы, В	Значение сопротивления токоограничивающего резистора, Ом
3,3…5
6…9
12…15	1 000

 

В принципе, всегда можно выбрать и резистор с более высоким сопротивлением — в результате СИД просто будет светить менее ярко. Если же взять резистор с сопротивлением, которое меньше расчетного, то появляется риск спалить светодиод. Правда, благодаря тому, что сейчас светодиоды очень дешевы, можно себе позволить и поэкспериментировать с разными сопротивлениями, не грабя банки. Можно даже придумать интересную игру: как ярко засветится светодиод перед тем, как сгорит... Шутка!

 

Если вдруг потребуется более точный расчет сопротивления, то в придачу к значению максимально допустимого тока вам понадобится знать прямое падение напряжения на светодиоде. У большинства стандартных светодиодов это падение составляет от 1,5 до 2,3 В, и только у новых сверхярких светодиодов эта величина может превышать 3,5 В. (Прямое падение напряжения зависит от цвета светоизлучающего диода, который, в свою очередь, определяется типом полупроводникового материала СИД. — Примеч. ред.)

Расчет сопротивления токоограничивающего резистора, если уж совсем по научному, выполняется по формуле:

 

R = (Uпит.– U пр.) / Iпр., где

 

R — искомое сопротивление в омах;

Uпит.— напряжение питания схемы, вольт;

U пр.— прямое падение напряжения на светодиоде, вольт;

Iпр. — прямой ток через диод, который планируется получить. Измеряется в амперах.

 

Вместо этого значения можно взять максимальный ток для данного диода или меньшее значение, но ни в коем случае не большее.

Предположим, ваша схема запитывается от источника питания с напряжением 6 В постоянного тока, и прямое падение напряжения на светодиоде составляет 1,2 В. Вы хотите получить прямой ток через светодиод 40 мА (это будет 0,040 ампера). Подставляя эти значения в расчетную формулу, приведенную выше, получим:

 

R = (6 —1,2)/0,040.

 

Выполнив расчет в голове (на бумаге, арифмометре, калькуляторе, компьютере), получим значение сопротивления 120 Ом. Таким образом, для того, чтобы, имея 6-вольтовый источник питания пропустить через светодиод ток, равный 40 мА, потребуется 120-омный токоограничиваюший резистор. Остается только напомнить, что при изменении величины питающего напряжения или типа светодиода (а следовательно, и прямого падения напряжения на нем), величину R необходимо пересчитать.

 

Транзистор: восьмое чудо света

Давайте на минуту попробуем представить себе мир без такой малой и простой вещи, как транзистор. Радио будет больше бытовой микроволновки. Мобильные телефоны вырастут до размеров стиральных машин, а одна-единственная современная графическая станция займет примерно... большую часть Киева!

Транзисторы появились как альтернатива вакуумным лампам. Два основных назначения транзистора (и, соответственно, вакуумной лампы) состоят в усилении сигнала или его включении/выключении. Несмотря на миниатюрные размеры транзистора, он отлично справляется с той же работой, что и электронная лампа, потребляя при этом значительно меньше энергии.

Транзисторы также с успехом применяют для усиления или переключения сигналов. Интересные аспекты работы схем на транзисторах могут, однако, легко запутать, пока вы не выучите всю их подноготную. Транзисторы представляют собой довольно сложные устройства, поэтому мы ограничимся рассмотрением только наиболее простых типов, с которыми радиолюбителям приходится сталкиваться уже в самом начале пути увлечения электроникой. Мы рассмотрим, прежде всего, как они выглядят, и какие параметры необходимо знать, чтобы эффективно работать с транзисторами.

 

Микропроцессор — самое сердце вашего домашнего компьютера — состоит из миллионов транзисторов. Не было бы этих маленьких устройств, человечество до сих пор бы не вошло в эру персональных компьютеров (Хм-м... Правда иногда, посреди ночи, засидевшись за этим проклятым монитором, невольно думаешь — а так ли они нужны человеку, эти транзисторы?)

 

Изучаем терминологию транзисторов

Резисторы, конденсаторы и даже диоды имеют достаточно простую и однозначную систему параметров. Но транзисторы... они просто обязаны быть сложнее! Эти мелкие штучки имеют такую кучу параметров, что на их полное описание не хватило бы и всей этой книги! Вот только несколько важнейших из них.

 

> Напряжение коллектор-база.

> Напряжение коллектор-эмиттер. (Этот термин, как и предыдущий, касается биполярного транзистора. Для полевого транзистора терминология незначительно отличается. — Примеч. ред.)

> Максимальный ток коллектора.

> Максимальная рассеиваемая мощность.

> Максимальная рабочая частота.

 

Я не бездушная железяка, я - транзистор!

 

На сегодняшний день можно перечислить несколько тысяч различных транзисторов, выпускаемых более чем двумя дестяками производителей. Как же можно их различить? Каждый тип транзистора характеризуется его кодом: как, например, 2N2222 или MPS6519. По этой причине, если вам необходимо переделать схему, взятую из книги или с веб-сайта, используйте код транзистора, чтобы найти соответствующую замену.

Если замена отсутствует, то чаще всего можно найти близкий по характеристикам аналог. Производители транзисторов даже выпускают руководства и перечни замен, позволяющих подобрать близкий по параметрам аналог. Такое руководство есть, например, и у фирмы NTE, одного из основных реселлеров транзисторов, и использовать его можно, прямо находясь он-лайн по адресу www.nteinc.com. (В русскоязычном Интернете можно посетить сайт научно-технического портала (http://electroru.es/3na-log.shtml) или фирмы Платан (http://www.piatan.ru/crossref.html.-Примеч. ред.).

 

Ни один из важнейших параметров транзистора вы не найдете прямо на корпусе — это было бы слишком просто, не правда ли? Чтобы определить характеристики, нужно тщательно изучить спецификацию элемента или обратиться к технической документации на веб-сайте фирмы-производителя. Однако для того, чтобы впаять транзистор в схему, совсем не обязательно в совершенстве владеть подобной информацией и даже понимать ее целиком; вероятно, вы без особых проблем подберете интересующий вас транзистор и успешно вставите в схему.

 

 

По поводу корпусов транзисторов

Сам полупроводник, основа транзистора, имеет размер песчинки или даже меньший. К такой крошке практически невозможно подпаять провода, поэтому кристалл помещают в более просторный корпус из металла или пластика. Без преувеличений, можно найти десятки разных типов транзисторных корпусов совершенно отличных форм и размеров, но далеко не все описаны в этой книге. Однако же основные типы корпусов будут представлены на рассмотрение читателя; ниже приведены основные их отличительные признаки.

 

> Пластик или металл. Корпуса сигнальных транзисторов изготавливаются как из того, так и из другого: в основном используется пластик, но для некоторых прецизионных приложений применяют и металл, намного менее подверженный электромагнитным помехам на радиочастотах. Сигнальные транзисторы почти всегда имеют три вывода (и иногда четыре); если же у транзистора только два вывода, то, вероятнее всего, это фототранзистор, проводимость которого зависит от падающего света (о нем подробнее в главе 5).

> Размеры. Мощные транзисторы также выпускаются как в пластиковых, так и в металлических корпусах, но их размеры, как правило, больше, чем у сигнальных.

 

Вставляем транзистор в схему

Транзисторы обычно имеют три вывода, которые называются следующим образом:

 

> база,

> эмиттер,

> коллектор.

 

База транзистора присоединяется к источнику напряжения или тока и служит для управления включением и выключением транзистора. Выводы эмиттера и коллектора подключаются либо к положительному или отрицательному потенциалам, либо к земле. Что и куда именно — зависит от схемы.

Расположение контактов транзистора изображено на рис. 4.11. Лишь немногие транзисторы (и среди них в основном полевые) могут иметь четвертый вывод, который, как правило, служит для заземления корпуса на шасси схемы.

 

Является абсолютной и непререкаемой истиной, что транзистор нужно устанавливать в схему только согласно его цоколевке. Перепутав местами его выводы, можно запросто спалить и сам транзистор, и прихватить другие элементы схемы. Между тем (кажется, чтобы запутать радиолюбителя еще больше), в спецификациях часто (хоть и не всегда) указывают контакты транзисторов с видом на корпус снизу, потому что именно так вы его впаиваете в схему. Таким образом, часто можно встретить изображение расположения контактных выводов в таком виде, как будто его перевернули вверх ногами. Впрочем, нужно признать что такое представление в некоторой степени облегчает пайку транзистора в плату.

 

 

Типы транзисторов

Начнем с того, что транзисторы бывают двух типов: NPN и PNP. Эти загадочные аббревиатуры обозначают порядок наложения эдаких бутербродных слоев или — в нашем случае — pn-переходов в полупроводниковом материале, из которого и состоит транзистор. Конечно, просто глядя на транзистор нельзя сказать, какого типа полупроводниковая структура находится в середине его корпуса, если вы, конечно, не обладаете рентгеновским зрением; однако спецификация однозначно указывает тип транзистора, что и Доказано на рис. 4.12. Выбор типа транзистора зависит от того, как и для чего планируется использовать транзистор в схеме. Только вопрос о правильном выборе типа транзистора мог бы занять всю эту книгу, но смело можно утверждать, что спутывание или прямая замена NPN и PNP транзисторов недопустимы. (Замена одного типа транзистора другим в большинстве случаев допустима, но также требует значительного изменения схемы их включения. — Примеч. ред.) То есть, если в схеме указано, кто в таком-то узле требуется PNP-транзистор, то замена его на NPN, скорее всего, приведет только к появлению дымка из устройства.

Как будто вам и так мало запоминать, кроме типа перехода транзисторы характеризуются еще и технологией его создания. Существует два основных типа транзисторов: биполярные и полевые. И вот чем они отличаются.

 

> Биполярные транзисторы. Они являются, вероятно, более распространенным типом (именно о них, например, шла речь в предыдущих разделах этой главы). В базу такого транзистора подается небольшой ток, а он, в свою очередь, управляет количеством тока, протекающего между коллектором и эмиттером.

 

 

> Полевые транзисторы. Также имеют три вывода, но они называются затвор (вместо базы у биполярного), сток (вместо коллектора) и исток (вместо эмиттера). Аналогично воздействие на затвор транзистора (но на этот раз не тока, а напряжения) управляет током между стоком и истоком. Полевые транзисторы также имеют разную полярность: они бывают N-канальные (аналог NPN-биполярного транзистора) и Р-канальные (аналог PNP).

 

Технологически полевые транзисторы подразделяются на МОП-транзисторы (Металл-оксид-голупроводник — типичная структура полевого транзистора с индуцированным каналом. — Примеч. ред.) и транзисторы со встроенным каналом. Для начинающего радиолюбителя разница между ними не столь важна, но знание терминологии поможет вам выглядеть профессионалом, когда вы будете разговаривать с другими такими же знатоками.

 

Разряд статического электричества может повредить полевые транзисторы, поэтому, как минимум, следует хранить их в антистатической упаковке. При покупке полевых транзисторов необходимо брать их в антистатической сумке или пластиковой трубке и хранить там до тех пор, пока не используете.

 

Высокая плотность упаковки в интегральных схемах

Все перечисленные выше компоненты размещаются по одному в корпусе. Их называют дискретными радиоэлементами, т.е. изготавливаемыми по отдельности.

Теперь же мы перейдем к интегральным схемам, этому чуду мысли, созданному в XX столетии. Эти изумительные творения рук человеческих, также называемые ИС, представляют собой микроминиатюрные электронные схемы, размещенные на одном-единственном кристалле полупроводника. Типичная современная интегральная схема может содержать сотни транзисторов, резисторов, диодов и конденсаторов. Благодаря такой высокой плотности становится возможным строить целые схемы, используя всего пару-тройку корпусов. ИС являются "кирпичиками", из которых строятся более сложные схемы. Вы просто связываете отдельные микросхемы и в результате получаете практически любое готовое электронное устройство.

То, как радиоэлементы связаны между собой внутри кристалла, однозначно определяет функционирование микросхемы. Сами ИС можно как паять в схему, так и вставлять в разъемы.

Интегральные микросхемы чаще всего поставляются в корпусах с двухрядным расположением вывода (корпуса типа DIP — dual-in-line pin), изображенных на рис. 4.13. На иллюстрации показано несколько микросхем разных размеров, имеющих от 8 до 40 выводов. Наиболее часто на практике применяются 8-, 14-, 16- и 28-выводные корпуса.

 

 

Линейная, цифровая или комбинационная микросхема?

За годы, прошедшие с момента изготовления первых интегральных микросхем, мировая промышленность выпустила тысячи тысяч разных ИС, и каждая из них имеет какую-то особенность. Однако большинство интегральных схем, с которыми радиолюбители сталкиваются на практике, стандартизированы, и можно легко найти множество книг, поясняющих принципы их работы. Такие ИС выпускает большая часть фирм-производителей кристаллов, и их раскупают как крупные компании, так и индивидуальные радиолюбители. Существуют и микросхемы, которые называются специализированными, предназначенные для выполнения каких-либо специфических задач. Чаще всего специализированные под какую-то конкретную функцию микросхемы производятся лишь одной или, максимум, несколькими компаниями.

Независимо от того, стандартной или специализированной микросхемой является данная ИС, все их можно разделить на две категории: линейные схемы и цифровые. Эти термины основывается на типах электрических сигналов, функционирующих внутри схемы.

> Линейные ИС. Эти ИС предназначены для работы со схемами, в которых используются изменяющиеся напряжения и токи (аналоговые схемы). Примером аналоговой схемы может служить усилитель для электрогитары.

> Цифровые ИС. А эти ИС предназначены для работы со схемами, в которых используются только два уровня напряжения (цифровые схемы). Как указывалось в главе 1, эти два уровня служат для обозначения цифровых данных в двоичной форме (вкл./выкл., высокий/низкий уровни, 0/1 и т.п.). Как правило, уровень таких напряжений составляет 0 и (обычно) 5 В. Подробнее о цифровых схемах и двоичных данных рассказывается дальше в книге.

 

Большинство стандартизированных ИС относятся к одной из двух этих категорий, и потому при заказе микросхем их также разделяют на линейные и цифровые. Есть, правда, и такие, которые могут работать как с аналоговыми, так и с цифровыми сигналами, а другие могут преобразовывать сигналы из одной формы в другую. Однако нет смысла описывать все возможные функции микросхем в этой книге, остается лишь повторить, что практически все их можно отнести или к линейным, или к цифровым.

 

Номера ИМС

ИС, как и транзисторы, имеют уникальный цифровой код, или номер, по которому их можно различить. Этот код однозначно указывает тип устройства, как, например, 7400 или 4017. Зная его, всегда можно узнать о свойствах микросхемы, заглянув в спецификацию или через Интернет. Как правило, номер пишут прямо на корпусе ИС.

 

На корпусах многих микросхем также указывается и другая информация: например, номер согласно каталогу фирмы-производителя или маркировка даты изготовления. Не перепутайте эти цифры с номером микросхемы, идентифицирующим ее. Изготовители не имеют единого стандарта по виду отпечатанной на корпусе информации, потому часто приходится тратить некоторое время, чтобы правильно вычленить номер из имеющейся маркировки.

 

Что такое цоколевка ИС?

По своей природе интегральные микросхемы требуют наличия большого количества контактов. Эти контакты носят название выводов. Один из выводов может подключаться к источнику питания, другой к земле, третий использоваться как вход микросхемы, четвертый — как ее выход и т.п. Функции каждого вывода определяются цоколевкой, или схемой расположения выводов. Цоколевка не печатается на корпусе устройства, и, чтобы правильно подсоединить ИС к схеме, необходимо найти и изучить расположение ножек ИМС в спецификации. Спецификации по всем широко используемым (и многим специализированным) микросхемам можно найти в Интернет, поискав через Google или Yahoo! по номерам ИС.

Чтобы определить, какую фун