エレメンタリーエレクトロニクスの説明

エレクトロニクスの初心者のために、構築 基本的な電子プロジェクト 回路図からは圧倒される可能性があります。このクイックガイドは、初心者が電子部品や回路構築の手法について簡単に説明できるようにすることを目的としています。抵抗、コンデンサ、インダクタ、トランス、ポテンショメータなどの基本部品を調べます。

抵抗器

抵抗器は、通常は熱によって電力を消費する部品です。実装は、オームの法則として知られる関係によって定義されます。V= I X Rここで、Vはボルト単位の抵抗器上の電圧、Iはアンペア単位の抵抗器を流れる電流、Rはオーム単位の抵抗器値です。抵抗器の表現を図1.1に示します。

どちらかができます 抵抗器を利用する 回路内の特定の場所の電圧を変更するか、それを適用して回路の目的の場所の電流を変更することができます。

抵抗器の値は、その周りの色付きのリングで識別できます。これらの詳細を私たちに伝える3つの基本的なリングまたはバンドがあります（図1.2）。

バンドは特定の色で塗装されており、各色のバンドは表1.1に示すように数字を表しています。例として、バンドが茶色、赤、オレンジの場合、抵抗の値は12 X 1,00.0または12,000オームになります。1,000オームは通常キロオームまたはkとして識別され、1,000,000はメガオームまたはモームと呼ばれます。

最後の色付きのリングまたはバンドは、特定の抵抗値に対する抵抗の許容範囲の大きさを示します。金は+または-5パーセント（±5％）の許容誤差を示し、銀はそれが+または-10パーセント（±10％）であることを示します。許容範囲が存在しない場合は、通常、許容誤差が±20％であることを意味します。

一般的に言えば、抵抗が大きいほど、処理できる定格電力が大きくなります。ワット単位の電力定格は、1 / 8Wから最大数ワットまで異なる場合があります。この電力は基本的に、抵抗を通過する電圧（V）と電流（I）の積です。

オームの法則を適用すると、抵抗器によって消費される電力（P）をP = V X I = I ^ 2R = V ^ 2 / Rとして決定できます。ここで、Rは抵抗器の値です。必要な仕様よりも実質的に大きい可能性のある抵抗を使用している間は、電気的なマイナス面は見つかりません。

唯一のわずかな欠点は、機械的寸法の増加とおそらくより高いコストの形である可能性があります。

コンデンサ

以前の名前はコンデンサーでしたが、現在の名前は実際の機能に関連しているように見えます。コンデンサは、電気エネルギーを蓄えるための「容量」を備えて設計されています。

コンデンサの基本的な機能は、コンデンサに交流（a.c.）を流すことはできますが、直流（d.c.）を遮断することです。

もう1つの重要な考慮事項は、DCの場合です。電圧は、たとえばバッテリーを介して、コンデンサの両端に一時的に接続されます。基本的に、このDCは、抵抗などの要素がコンデンサの両端に接続されるか、最終的にコンデンサの端子を短絡するまで、コンデンサのリード線の両端に留まり続けます。互いに蓄積されたエネルギーを放電させます。

建設

一般に、コンデンサは、誘電体と呼ばれる絶縁内容物によって分離された1対のプレートでできています。

誘電体は、空気、紙、セラミック、ポリスチレン、または任意のタイプの異なる適切な材料で形成できます。より大きな静電容量値の場合、電解質が誘電体分離に使用されます。この電解質は、電気エネルギーを非常に効率的に蓄える能力があります。

容量性機能には、通常、一定のDCが必要です。これが、回路図でコンデンサの正のリード線が白いブロックとして示され、負の側が黒いブロックとして示されている理由です。

可変または調整可能なコンデンサには、エアギャップまたはマイカなどの絶縁体で分離されたターニングベーンが含まれます。これらのベーンが互いにどの程度重なるかによって、 静電容量の大きさ 、およびこれは、可変コンデンサのスピンドルを動かすことによって変更または調整することができます。

静電容量が測定されます ファラッドで。ただし、1つのファラッドコンデンサは、実際の使用ではかなり大きくなる可能性があります。したがって、コンデンサはマイクロファラッド（uF）、ナノファラッド（nF）、またはピコファラッド（pF）のいずれかで指定されます。

百万ピコファラッドは単一のマイクロファラッドに対応し、百万マイクロファラッドは大きさが1ファラッドに相当します。ナノファラッド（nF）はあまり使用されませんが、1ナノファラッドは1000ピコファラッドを表します。

抵抗器と同じように、カラーコードがマークされた小さなコンデンサが見つかる場合があります。

これらの場合、隣接するカラーチャートに示されているように、値はpFで決定できます。下部のバンドのペアは、コンデンサの許容誤差と最大実行可能電圧を提供します。

コンデンサ本体に印刷されている定格電圧は、コンデンサの絶対最大許容電圧制限を表しており、決して超えてはならないことに注意する必要があります。また、電解コンデンサを使用する場合は、極性を注意深く確認し、それに応じてはんだ付けする必要があります。

インダクタ

電子回路で インダクタ 動作特性はコンデンサの正反対です。インダクタは直流を流す傾向がありますが、交流に対抗または抵抗しようとします。それらは通常、スーパーエナメル銅線コイルの形であり、通常はフォーマーに巻かれています。

高い価値を生み出すために インダクタ 、鉄系材料は通常コアとして導入されるか、またはコイルを外部で囲むカバーのように設置される場合があります。

インダクタの重要な特性は、「逆起電力」を生成する能力です。インダクタの両端に印加された電圧が除去されるとすぐに。これは通常、電流の両端の元の電流の損失を補償するためのインダクタの固有の機能が原因で発生します。

インダクタの回路図記号を図1.5に示します。インダクタンスの単位はヘンリーですが、通常、ミリヘンリーまたはマイクロヘンリー（それぞれmHおよび）が インダクタの測定 実際のアプリケーションで。

1ミリヘンリーには1000マイクロヘンリーがあり、1000ミリヘンリーは1ヘンリーに相当します。インダクタは、特に実際の値が印刷されていない場合、測定が容易ではないコンポーネントの1つです。また、これらが非標準のパラメータを使用して自宅で構築される場合、これらの測定はさらに複雑になります。

インダクタがAC信号の遮断に使用される場合、それらは無線周波数チョークまたはRFチョーク（RFC）と呼ばれます。インダクタはコンデンサとともに使用され、計算された周波数帯域のみを許可し、残りをブロックする同調回路を形成します。

調整された回路

インダクタLとコンデンサCを含む同調回路（図1.6）は、基本的に、特定の周波数が移動して他のすべての周波数をブロックするか、特定の周波数値をブロックして他のすべての周波数を通過させるかのいずれかです。使って。

周波数値を確認する同調回路の選択性の尺度は、そのQ（品質）係数になります。

この周波数の調整値は、共振周波数（f0）とも呼ばれ、ヘルツまたは1秒あたりのサイクル数で測定されます。

コンデンサとインダクタを直列または並列に使用して、 共振同調回路 （図1.6.a）。直列同調回路は、並列同調回路（図1.6.b）の損失が大きいのに比べて、損失が少ない場合があります。

ここで損失について言及するとき、それは通常、ネットワークを流れる電流に対するネットワーク全体の電圧の比率を指します。これは、インピーダンス（Z）とも呼ばれます。

特定のコンポーネントのこのインピーダンスの別名は、たとえば次の形式にすることができます。抵抗器の抵抗（R）とインダクターとコンデンサーのリアクタンス（X）。

トランスフォーマー

トランスを使用 入力交流電圧/電流をより高い出力レベルにステップアップするため、または同じものをより低い出力レベルにステップダウンするため。この動作により、入力ACと出力ACの間に完全な電気的絶縁が同時に保証されます。図1.7には、いくつかの変圧器があります。

製造業者は、接尾辞「1」を使用して、プライマリまたは入力側のすべての詳細を示します。二次側、つまり出力側は接尾辞「2」で示されます。T1とT2は、それぞれ一次側と二次側のターン数を示します。次に：

いつ トランスは設計されています 主電源240Vをより低い電圧（たとえば6 V）に降圧する場合、一次側はより細いゲージワイヤを使用して比較的多くの巻数を含み、二次側は比較的少ない巻数を使用して構築されますが、はるかに太いゲージワイヤを使用します。

これは、より高い電圧は比例してより低い電流を含み、したがってより細いワイヤを含み、より低い電圧は比例してより高い電流を含み、したがってより太いワイヤを含むという事実による。正味の一次および二次ワット数（V x I）は、理想的な変圧器ではほぼ同じです。

トランス巻線の1つのターンから抽出された盗聴がある場合（図1.7.b）、中央の盗聴線で分離された巻線のターン数に比例して、タッピングの両端に巻線電圧が分割されます。

端から端までの二次巻線全体の正味電圧の大きさは、上記の式に従います。

トランスの大きさは、その二次電流仕様の大きさによって異なります。現在の仕様が大きい場合、トランスの寸法も比例して大きくなります。

のために設計されたミニチュアトランスもあります 高周波回路 、ラジオのように、 送信機 など、巻線の両端にコンデンサが組み込まれています。

電子プロジェクトで半導体を使用する方法

沿って： フォレストM.ミムス

電子プロジェクトの構築と実験はやりがいがありますが、非常に困難です。あなたがとして、それはさらに満足になります 愛好家 回路プロジェクトの構築を完了し、電源を入れて、少数のジャンクコンポーネントから開発された便利な作業モデルを見つけます。これにより、あなたはクリエイターのように感じることができますが、成功したプロジェクトは、それぞれの分野での多大な努力と知識を示しています。

余暇を楽しむためだけかもしれません。他の何人かの人々は、まだ製造されていないプロジェクトを達成したいと思うかもしれません、あるいは市場の電子製品をより革新的なバージョンにカスタマイズするかもしれません。

成功を収めたり、回路障害をトラブルシューティングしたりするには、さまざまなコンポーネントの動作と、実際の回路に正しく実装する方法に精通している必要があります。では、要点を説明しましょう。

このチュートリアルでは、半導体を始めます。

どうやって 半導体 シリコンを使用して作成されます

さまざまな半導体部品がありますが、砂の主成分であるシリコンが最もよく知られている元素です。シリコン原子は、その最外殻内のわずか4つの電子で構成されています。

しかし、それらのうちの8つを取得するのが好きかもしれません。その結果、シリコン原子は隣接する原子と協調して、次の方法で電子を共有します。

シリコン原子のグループがそれらの外部電子を共有するとき、それは結晶として知られている配列の形成をもたらします。

下の図は、外側の電子だけを持つシリコン結晶を示しています。その純粋な形では、シリコンは有用な目的を提供しません。

このため、メーカーはこれらのシリコンベースのアイテムをリン、ホウ素、および追加の成分で強化しています。このプロセスは、シリコンの「ドーピング」と呼ばれます。ドーピングが実装されると、シリコンは有用な電気的特性で強化されます。

PおよびNドープシリコン ：ホウ素、リンなどの元素は、シリコン原子と組み合わせて結晶を製造するために効果的に使用できます。秘訣は次のとおりです。ホウ素原子の外殻には3つの電子しか含まれていませんが、リン原子には5つの電子が含まれています。

シリコンがいくつかのリン電子と結合またはドープされると、n型シリコンに変換されます（n =負）。シリコンが電子を欠くホウ素原子と融合すると、シリコンはp型（p =正）のシリコンに変わります。

P型シリコン。ホウ素原子がシリコン原子のクラスターでドープされると、「ホール」と呼ばれる空の電子空洞が生じます。

この穴により、隣接する原子からの電子がスロット（穴）に「落下」することが可能になります。これは、1つの「穴」がその位置を新しい場所に変更したことを意味します。穴はシリコンを横切って簡単に浮く可能性があることに注意してください（気泡が水の上を移動するのと同じように）。

N型シリコン。リン原子がシリコン原子のクラスターと組み合わされるかドープされると、システムは余分な電子を与え、それが比較的快適にシリコン結晶を横切って移動することを可能にします。

上記の説明から、n型シリコンは電子をある原子から別の原子にジャンプさせることによって電子の通過を促進することがわかります。

一方、p型シリコンも電子の通過を可能にしますが、反対方向です。なぜなら、p型では、電子の再配置を引き起こしているのは正孔または空の電子殻だからです。

地面を走っている人と走っている人を比較するようなものです トレッドミル 。人が地面を走るとき、地面は静止したままで、人は前方に移動しますが、トレッドミルでは、人は静止したままで、地面は後方に移動します。どちらの状況でも、人は比較的前方への動きを経験しています。

ダイオードを理解する

ダイオードはバルブと比較できるため、回路構成内の電気の流れの方向を制御するための電子プロジェクトで重要な役割を果たします。

n型とp型の両方のシリコンが電気を通す能力を持っていることを私たちは知っています。両方のバリアントの抵抗は、ホールまたはそれが所有する余分な電子のパーセンテージに依存します。その結果、2つのタイプは抵抗器のように動作して、電流を制限し、特定の方向にのみ流れるようにすることもできます。

n型シリコンのベース内に多くのp型シリコンを作成することにより、電子がシリコンを横切って一方向に移動するように制限できます。これは、p-n接合シリコンドーピングで作成されたダイオードで見られる正確な動作条件です。

ダイオードのしくみ

次の図は、ダイオードが一方向（順方向）の電気にどのように応答し、反対方向（逆方向）の電気を確実に遮断するかを簡単に説明するのに役立ちます。

最初の図では、電池の電位差により、正孔と電子がp-n接合に向かって反発します。電圧レベルが0.6Vを超えると（シリコンダイオードの場合）、電子が刺激されて接合部を飛び越えて正孔と融合し、電荷が移動できるようになります。

2番目の図では、バッテリーの電位差により、正孔と電子が接合部から引き離されます。この状況は、電荷または電流の流れがその経路をブロックするのを防ぎます。ダイオードは通常、小さな円筒形のガラスケーシングにカプセル化されています。

ダイオード本体の一端の周りにマークされた暗または白っぽい円形のバンドは、そのカソード端子を識別します。もう一方の端子は当然アノード端子になります。上の画像は、ダイオードの物理的な筐体とその回路図記号の両方を示しています。

これで、ダイオードを電子式一方向スイッチと比較できることがわかりました。ダイオードが機能するいくつかの要因を完全に把握する必要があります。

以下はいくつかの重要なポイントです。

1.ダイオードは、印加された順方向電圧が特定のしきい値レベルに達するまで電気を通さない場合があります。

シリコンダイオードの場合、約0.7ボルトです。

2.順方向電流が高くなりすぎたり、規定値を超えたりすると、半導体ダイオードが破裂または焼損する恐れがあります。また、内部端子接点が分解する可能性があります。

ユニットが焼損すると、ダイオードが突然両端子方向に導通を示す場合があります。この誤動作により発生する熱により、最終的にユニットが気化する可能性があります。

3.逆電圧が大きすぎると、ダイオードが反対方向に導通する可能性があります。この電圧はかなり大きいため、予期しない電流サージによってダイオードがクラックされる可能性があります。

ダイオードの種類と用途

ダイオードは、さまざまな形式と仕様で入手できます。以下は、電気回路で一般的に使用される重要な形式の一部です。

小信号ダイオード： これらのタイプのダイオードは、低電流のACからDCへの変換に使用できます。 RF信号の検出または復調 、電圧で 乗数アプリケーション 、論理演算、高電圧スパイクを中和するためなど、電力整流器を作成するため。

電力整流器 ダイオード ：小信号ダイオードと同様の属性と特性を持っていますが、これらは かなりの大きさの電流を処理する 。これらは、不要な熱を吸収および放散し、取り付けられたヒートシンクプレート全体に分散させるのに役立つ大きな金属製の筐体に取り付けられています。

電力整流器は、主に電源ユニットに見られます。一般的な変種は1N4007、1N5402 / 5408、6A4などです。

ツェナーダイオード ：これは、特定の逆方向降伏電圧を特徴とする特殊なタイプのダイオードです。つまり、ツェナーダイオードは電圧制限スイッチのように機能します。ツェナーダイオードの定格は、2〜200ボルトの範囲の絶対降伏電圧（Vz）です。

発光ダイオードまたはLED ：すべての形式のダイオードには、順方向基準電圧に印加されたときに少しの電磁放射を放出する特性があります。

ただし、ガリウム砒素リンなどの半導体材料を使用して作成されたダイオードは、通常のシリコンダイオードと比較して大幅に多くの放射線を放出する能力を備えています。これらは発光ダイオードまたはLEDと呼ばれます。

フォトダイオード ：ダイオードがいくらかの放射線を放出するのと同じように、外部光源によって照らされると、ダイオードもある程度の伝導を示します。
ただし、光または照明を検出して応答するように特別に設計されたダイオードは、フォトダイオードと呼ばれます。

それらは、光がダイオードの感光領域に入るのを可能にするガラスまたはプラスチックの窓を組み込んでいます。

通常、これらには、必要な光への露出のための大きな接合領域があります。

シリコンは効率的なフォトダイオードの製造を容易にします。

さまざまなタイプのダイオードが非常に多くのアプリケーションで広く使用されています。とりあえず、小信号のいくつかの重要な機能について説明しましょう ダイオードと整流器 ：

1つ目は、さまざまな二重極性電源を備えた交流電流が単一極性（DC）信号または電圧に整流される単一波整流回路です。

2番目の構成は、4ダイオード構成で構成され、次のようにも呼ばれる全波整流回路です。 ブリッジ整流器 。このネットワークには、AC入力信号の両方の半分を整流する機能があります。

2つの回路からの最終結果の違いを観察してください。半波回路では、入力ACの1サイクルだけが出力を生成しますが、フルブリッジでは、両方の半サイクルが単一極性DCに変換されます。

トランジスタ

電子プロジェクトは、実際に電子機器の基本的な構成要素を形成するトランジスタなしで完了することは事実上不可能です。

トランジスタは、3つの端子またはリードを持つ半導体デバイスです。リード線の1つに流れる非常に少量の電流または電圧により、他の2つのリード線を通過する非常に大量の電流を制御できます。

これは、トランジスタがアンプやスイッチングレギュレータとして機能するのに最適であることを意味します。トランジスタには、バイポーラ（BJT）と電界効果（FET）の2つの主要なグループがあります。

この議論では、バイポーラトランジスタBJTだけに焦点を当てます。簡単に言えば、p-n接合ダイオードに相補接合を追加することにより、3コンパートメントのシリコン「サンドイッチ」を作成することが可能になります。このサンドイッチのような形成は、n-p-nまたはp-n-pのいずれかです。

いずれの場合も、中央部領域は、3つの層を横切ってシフトする電子または電荷の量を調整するタップまたは制御システムのように機能します。バイポーラトランジスタの3つのセクションは、エミッタ、ベース、およびコレクタです。ベース領域は非常に薄くすることができ、エミッターとコレクターに比べてドーピング原子がはるかに少なくなります。

その結果、エミッタベース電流が大幅に減少すると、移動するエミッタ-コレクタ電流が大幅に大きくなります。ダイオードとトランジスタは類似しており、多くの重要な特性があります。

ダイオード接合に似たベース-エミッタ接合は、順方向電圧が0.7ボルトを超えない限り、電子移動を許可しません。電流が多すぎるとトランジスタが加熱され、効率的に動作します。

トランジスタの温度が大幅に上昇した場合は、回路の電源を切る必要があるかもしれません。最終的に、過剰な量の電流または電圧は、トランジスタを構成するセミコンディクタ材料に永久的な損傷を引き起こす可能性があります。

今日、さまざまな種類のトランジスタが見つかります。一般的な例は次のとおりです。

小信号とスイッチング ：これらのトランジスタは、低レベルの入力信号を比較的大きなレベルに増幅するために適用されます。スイッチングトランジスタは、完全にオンまたはオフに切り替えるために作成されます。いくつかのトランジスタは、増幅とスイッチングの両方に等しくうまく使用できます。

パワートランジスタ ：これらのトランジスタは、高出力アンプや電源に採用されています。これらのトランジスタは通常、大型で、熱放散と冷却を促進し、ヒートシンクの取り付けを容易にするために拡張された金属ケーシングを備えています。

高周波 ：これらのトランジスタは、主にラジオ、テレビ、マイクロ波などのRFベースのガジェットで使用されます。これらのトランジスタは、より薄いベース領域で構築されており、ボディの寸法が小さくなっています。 npnおよびpnpトランジスタの回路図記号は次のとおりです。

エミッタピンを示す矢印記号は、常に穴の流れ方向を指していることに注意してください。矢印記号がベースと反対の方向を示している場合、BJTにはn型材料で構成されるエミッタがあります。

この記号は、トランジスタを、p型材料をベースに持つn-p-nデバイスとして明確に識別します。一方、矢印がベースを指している場合は、ベースがn型材料で構成されていることを示し、エミッタとコレクタの両方がp型材料で構成されていることを示し、その結果、デバイスはpnpBJT。

方法 バイポーラトランジスタを使用する

npnトランジスタのベースに接地電位または0Vが印加されると、エミッタ-コレクタ端子間の電流の流れが抑制され、トランジスタは「オフ」になります。

BJTのベースエミッタピン間に少なくとも0.6ボルトの電位差を印加することによってベースが順方向にバイアスされる場合、それはエミッタからコレクタ端子への電流の流れを即座に開始し、トランジスタは切り替えられたと言われます。オン。'

BJTはこれら2つの方法でのみ給電されますが、トランジスタはON / OFFスイッチのように動作します。ベースが順方向にバイアスされている場合、エミッタ-コレクタ電流の大きさは、ベース電流の比較的小さな変動に依存するようになります。

ザ・ このような場合のトランジスタはアンプのように機能します 。この特定のトピックは、エミッタが入力信号と出力信号の両方の共通のグランド端子であると想定されているトランジスタに関連しており、 エミッタ接地回路 。いくつかの基本的なエミッタ接地回路は、次の図で視覚化できます。

スイッチとしてのトランジスタ

この回路構成は、0Vまたはグランド信号、または0.7Vを超える正の電圧+ Vの2種類の入力信号のみを受け入れます。したがって、このモードでは、トランジスタをオンまたはオフに切り替えることができます。ベースの抵抗は、1Kから10Kオームの間であれば何でもかまいません。

トランジスタDCアンプ

この回路では、 可変抵抗器 トランジスタへの順方向バイアスを作成し、ベース/エミッタ電流の大きさを調整します。メーター 電流量を示します コレクターエミッターリード全体に供給されます。

メーター直列抵抗は、過電流に対するメーターの安全性を確保し、メーターコイルの損傷を防ぎます。

実際のアプリケーション回路では、ポテンショメータに抵抗センサーを追加できます。抵抗センサーの抵抗は、光、温度、湿度などの外部要因に応じて変化します。

ただし、入力信号が急激に変化する状況では、以下に説明するようにAC増幅器回路が適用可能になります。

トランジスタACアンプ

回路図は、非常に基本的なトランジスタ化されたAC増幅器回路を示しています。入力に配置されたコンデンサは、あらゆる形態のDCがベースに入るのをブロックします。ベースバイアスに適用される抵抗は、電源レベルの半分の電圧を確立するために計算されます。

増幅された信号は、この定電圧に沿って「滑走」し、この基準電圧レベルの上下で振幅が変化します。

バイアス抵抗を使用しなかった場合、0.7Vレベルを超える電源の半分だけが増幅され、不快な歪みが大量に発生します。

電流の方向について

電子が導体を通過すると、導体に電流が流れることがわかっています。

技術的には、電子の移動は実際には負に帯電した領域から正に帯電した領域へであるため、ダイオード記号の矢印マークが反対の電子の流れを示しているように見えるのはなぜですか。

これはいくつかの点で説明できます。

1）ベンジャミン・フランクリンによる最初の理論によれば、電気の流れは正から負に帯電した領域であると想定されていました。しかし、電子が発見されると、それは実際の真実を明らかにしました。

それでも、知覚は同じままであり、回路図は、電流の流れが正から負に示される従来の想像に倣い続けました。これは、どういうわけか反対を考えると結果をシミュレートするのが難しいためです。

2）半導体の場合、実際には電子と反対方向に移動するのは正孔です。これにより、電子が正から負にシフトしているように見えます。

正確には、電流の流れは実際には電子の存在または不在によって生成される電荷​​の流れであることに注意する必要がありますが、電子記号に関する限り、従来のアプローチに従うのが簡単であることがわかります。

サイリスタ

トランジスタと同じように、サイリスタも3つの端子を持つ半導体デバイスであり、多くの電子プロジェクトで重要な役割を果たします。

トランジスタがリードの1つで小さな電流でオンになるのと同じように、サイリスタも同様に機能し、他の2つの補完するリードを介してはるかに大きな電流を流すことができます。

唯一の違いは、サイリスタには発振するAC信号を増幅する機能がないことです。これらは、完全にオンまたは完全にオフにすることにより、制御入力信号に応答します。これが、サイリスタが「ソリッドステートスイッチ」としても知られている理由です。

シリコン制御整流器（SCR）

SCRは、サイリスタの2つの基本的な形式を表すデバイスです。それらの構造はバイポーラトランジスタの構造に似ていますが、次の図に示すように、SCRには4番目の層があるため、3つの接合があります。

SCRの内部レイアウトと回路図記号は、次の画像で視覚化できます。

通常、SCRのピン配列は、アノードの場合はA、カソードの場合はK（またはC）、ゲートの場合はGのように1文字で表示されます。

SCRのアノードピンAにカソードピン（K）よりも高い正の電位が印加されると、中央のp-n接合は逆バイアスされたままですが、最も外側の2つの接合は順バイアスになり、電流が流れなくなります。

ただし、ゲートピンGに最小の正の電圧が印加されるとすぐに、はるかに大きな電力がアノード/カソードピンを介して伝導できるようになります。

この時点で、SCRはラッチされ、ゲートバイアスが除去された後もオンのままになります。これは、アノードまたはカソードが供給ラインから瞬間的に切断されるまで、無限に続く可能性があります。

以下の次のプロジェクトは、白熱灯を制御するためのスイッチのように構成されたSCRを示しています。

左側のスイッチは押すと開くことを意味するプッシュオフスイッチであり、右側のスイッチは押すと導通するプッシュオンスイッチです。このスイッチを一瞬または一瞬または一秒押すと、ランプがオンになります。

SCRがラッチし、ランプが永続的にオンになります。ランプを初期状態に戻すには、左側のスイッチを一瞬押します。

SCRは、1アンペア、100ボルトから10アンペア以上、数百ボルトまで、さまざまな電力定格と処理能力で製造されています。

トライアック

トライアックは、高電圧AC負荷スイッチングを必要とする電子回路で特に使用されます。

トライアックの内部構造は、実際には2つのSCRが逆並列に結合されているように見えます。これは、トライアックがDC電源とAC電源の両方向に電気を伝導する能力を獲得することを意味します。

この機能を実装するために、トライアックは、追加のn型領域を持つ5つの半導体層を使用して構築されます。トライアックピン配列は、各ピンがこれらの半導体領域のペアと接触するように接続されています。

トライアックゲート端子の動作モードはSCRに似ていますが、ゲートはアノードまたはカソード端子を特に参照していません。これは、トライアックが双方向に導通できるため、に応じて任意の端子でゲートをアクティブ化できるためです。ゲートトリガーに正の信号を使用するか、負の信号を使用するか。

このため、トライアックの2つの主な耐荷重端子は、AまたはKではなくMT1およびMT2として指定されています。MTの文字は「主端子」を指します。次の回路図に示すように。

ACを切り替えるためにトライアックが適用されると、ゲートが小さな電源入力に接続されている間だけ、トレイクが導通します。ゲート信号が除去されると、トライアックはオンのままになりますが、AC波形サイクルがゼロ交差ラインに到達するまでです。

AC電源がゼロラインに達すると、ゲート信号が再び適用されるまで、トライアックはそれ自体と接続された負荷を永続的にオフにします。

トライアックは、モーターやポンプとともに、ほとんどの家庭用電化製品の制御に使用できます。

トライアックもSCRのように現在の処理能力または定格に従って分類されますが、SCRは通常、トライアックよりもはるかに高い電流定格で入手できます。

半導体 発光装置

ほとんどの半導体は、光、熱、電子、および同様のエネルギーによって高レベルにさらされると、人間の可視波長またはIR波長で発光する傾向を示します。

これに理想的に適している半導体は、p-n接合ダイオードのファミリーに含まれるものです。

発光ダイオード（LED）は、電流を直接可視光に変換することによってこれを行います。 LEDは、他のどの形態の光源よりも、電流から光への変換で非常に効率的です。

白色の高輝度LEDは 家の照明 カラフルなLEDは装飾的な用途で使用されます。

LEDの強度は、入力DCを直線的に減少させるか、 パルス幅変調 PWMとも呼ばれる入力。

半導体光検出器

何らかの形のエネルギーが半導体結晶と接触すると、結晶内に電流が発生します。これは、すべての半導体光センサーデバイスの動作の背後にある基本原理です。

半導体光検出器は、主なタイプに分類できます。

pn接合半導体を使用して構築されたものとそうでないもの。

この説明では、p-nバリアントのみを扱います。 P-n接合ベースの光検出器は、フォトニック半導体ファミリの中で最も広く使用されているメンバーです。

ほとんどがシリコンでできており、可視光と近赤外線の両方を検出できます。

フォトダイオード：

フォトダイオード 光を感知するために設計された電子プロジェクトのために特別に設計されています。カメラなど、あらゆる種類のガジェットで見つけることができます。 盗難警報器 、 住む コミュニケーションなど

光検出器モードでは、フォトダイオードはpn接合で正孔または電子共有を生成することによって機能します。これにより、pおよびn接合側の端子が外部電源に接続されるとすぐに電流が移動します。

光起電モードで使用される場合、フォトダイオードは入射光の存在下で電流源のように機能します。このアプリケーションでは、デバイスは光の照明に応答して逆バイアスモードで動作を開始します。

光がない場合でも、「暗電流」と呼ばれる微量の電流が流れます。

フォトダイオードは通常、さまざまなパッケージデザインで製造されています。それらは主にプラスチック製のボディ、プレインストールされたレンズとろ過などで利用できます。

主な違いは、デバイスに使用される半導体の寸法です。逆バイアス光伝導動作での高速応答時間を目的としたフォトダイオードは、小面積の半導体を使用して構築されています。

面積が大きいフォトダイオードは、応答が少し遅くなる傾向がありますが、光の照明に対してより高い感度を提供できる可能性があります。

フォトダイオードとLEDは、フォトダイオードの内側にある矢印の方向を除いて、同じ回路図記号を共有しています。フォトダイオードは通常、光波通信の場合のように、近赤外波長でも急速に変化するパルスを認識することに慣れています。

以下の回路は、フォトダイオードを露出計のセットアップに適用する方法を示しています。この回路の出力結果は非常に線形です。

フォトトランジスタ

フォトトランジスタは、より高度な感度を必要とする電子プロジェクトに適用されます。これらのデバイスは、すべてのトランジスタの光機能に対する感度を活用するために特別に作成されています。一般に、フォトトランジスタは、光にさらされる可能性のある広いベースセクションを有するnpnデバイスに見られます。

ベースに入る光は、通常のnpnトランジスタに存在する自然なベース-エミッタ電流の代わりになります。

この機能により、フォトトランジスタは光の変化を瞬時に増幅することができます。通常、入手できるnpnフォトトランジスタには2つのタイプがあります。 1つは標準のnpn構造で、代替バリアントには追加の増幅を提供する追加のnpnトランジスタが付属しており、「フォトダーリントン」トランジスタとして知られています。

これらは非常に敏感ですが、通常のnpnフォトトランジスタに比べると少し遅くなります。フォトトランジスタに一般的に使用される回路図記号は次のとおりです。

フォトトランジスタは、交流（ac）光インパルスを検出するためによく使用されます。さらに、これらは、リレーをアクティブにするためにフォトダーリントンが適用される次の回路など、連続（DC）光を識別するために使用されます。

このチュートリアルは定期的に新しいコンポーネントの仕様で更新されますので、ご期待ください。