Переменный транзистор: Недопустимое название — Циклопедия

Содержание

Переменный резистор | Электроника для всех

Вроде бы простая деталька, чего тут может быть сложного? Ан нет! Есть в использовании этой штуки пара хитростей. Конструктивно переменный резистор устроен также как и нарисован на схеме — полоска из материала с сопротивлением, к краям припаяны контакты, но есть еще подвижный третий вывод, который может принимать любое положение на этой полоске, деля сопротивление на части. Может служить как перестариваемым делителем напряжения (потенциометром) так и переменным резистором — если нужно просто менять сопротивление.

Хитрость конструктивная:
Допустим, нам надо сделать переменное сопротивление. Выводов нам надо два, а у девайса их три. Вроде бы напрашивается очевидная вещь — не использовать один крайний вывод, а пользоваться только средним и вторым крайним. Плохая идея! Почему? Да просто в момент движения по полоске подвижный контакт может подпрыгивать, подрагивать и всячески терять контакт с поверхностью. При этом сопротивление нашего переменного резистора становится под бесконечность, вызывая помехи при настройке, искрение и выгорание графитовой дорожки резистора, вывод настраимого девайса из допустимого режима настройки, что может быть фатально.


Решение? Соединить крайний вывод с средним. В этом случае, худшее что ждет девайс — кратковременное появление максимального сопротивления, но не обрыв.

Борьба с предельными значениями.
Если переменным резистором регулируется ток, например питание светодиода, то при выведении в крайнее положение мы можем вывести сопротивление в ноль, а это по сути дела отстутствие резистора — светодиод обуглится и сгорит. Так что нужно вводить дополнительный резистор, задающий минимально допустимое сопротивление. Причем тут есть два решения — очевидное и красивое 🙂 Очевидное понятно в своей простоте, а красивое замечательно тем, что у нас не меняется максимально возможное сопротивление, при невозможности вывести движок на ноль. При крайне верхнем положении движка сопротивление будет равно

(R1*R2)/(R1+R2) — минимальное сопротивление. А в крайне нижнем будет равно R1 — тому которое мы и рассчитали, и не надо делать поправку на добавочный резистор. Красиво же! 🙂

Если надо воткнуть ограничение по обеим сторонам, то просто вставляем по постоянному резистору сверху и снизу. Просто и эффективно. Заодно можно и получить увеличение точности, по принципу приведенному ниже.

Повышение точности.
Порой бывает нужно регулировать сопротивление на много кОм, но регулировать совсем чуть чуть — на доли процента. Чтобы не ловить отверткой эти микроградусы поворта движка на большом резисторе, то ставят два переменника. Один на большое сопротивление, а второй на маленькое, равное величине предполагаемой регулировки. В итоге мы имеем две крутилки — одна «Грубо» вторая «Точно» Большой выставляем примерное значение, а потом мелкой добиваем его до кондиции.

Переменные и подстроечные резисторы. Реостат.

В одной из предыдущих статей мы обсудили основные аспекты, касающиеся работы с резисторами, так вот сегодня мы продолжим эту тему. Все, что обсуждали ранее, касалось, в первую очередь, постоянных резисторов, сопротивление которых представляет из себя фиксированную величину. Но это не единственный существующий вид резисторов, поэтому в данной статье мы уделим внимание элементам, имеющим переменное сопротивление, в частности, переменным резисторам.

Переменный резистор.

Итак, чем же отличается переменный резистор от постоянного? Собственно, здесь ответ прямо следует из названия этих элементов. Величину сопротивления переменного резистора, в отличие от постоянного, можно изменить. Каким способом? Это как раз и выясним, для начала давайте рассмотрим

условную схему переменного резистора:

Сразу же можно отметить, что тут в отличие от резисторов с постоянным сопротивлением в наличии имеется три вывода, а не два. Сейчас разберемся зачем они нужны, и как все это работает.

Итак, основной частью переменного резистора является резистивный слой, имеющий определенное сопротивление. Точки 1 и 3 на рисунке являются концами резистивного слоя. Также важной частью резистора является ползунок, который может изменять свое положение (он может занять любое промежуточное положение между точками 1 и 3, например, он может оказаться в точке 2, как на схеме).

Таким образом, в итоге получаем следующее. Сопротивление между левым и центральным выводами резистора будет равно сопротивлению участка 1-2 резистивного слоя. Аналогично сопротивление между центральным и правым выводами будет численно равно сопротивление участка 2-3 резистивного слоя. Получается, что перемещая ползунок мы можем получить любое значение сопротивления от нуля до R_{max}. А R_{max} – это ни что иное, как полное сопротивление резистивного слоя.

Конструктивно переменные резисторы бывают

поворотные, то есть для изменения положения ползунка необходимо крутить специальную ручку (такая конструкция подходит для резистора, который изображен на вышеупомянутой схеме). Также резистивный слой может быть выполнен в виде прямой линии, соответственно, ползунок будет перемещаться вдоль нее. Такие устройства называют движковыми или ползунковыми перемененными резисторами. Поворотные резисторы очень часто можно встретить в аудио-аппаратуре, где они используются для регулировки громкости и т.
д. Их примерный внешний вид может быть таким:

Переменный резистор ползункового типа выглядит несколько иначе:

Часто при использовании поворотных резисторов в качестве регуляторов громкости используют резисторы с выключателем. Наверняка вы не раз сталкивались с таким регулятором – к примеру на радиоприемниках. Если резистор находится в крайнем положении (минимальная громкость/устройство выключено), то при начале вращения раздастся ощутимый щелчок, после которого приемник включится. А при дальнейшем вращении громкость будет увеличиваться. Аналогично и при уменьшении громкости – при приближении к крайнему положению снова будет щелчок, после которого устройство выключится. Щелчок в данном случае говорит о том, что питание приемника было включено/отключено. Выглядит такой резистор так:

Как видите, здесь есть два дополнительных вывода. Они то как раз и подключаются в цепь питания таким образом, чтобы при вращении ползунка цепь питания размыкалась и замыкалась.

Есть еще один большой класс резисторов, имеющих переменное сопротивление, которое можно изменять механически – это подстроечные резисторы. Уделим немного времени и им.

Подстроечный резистор.

Только для начала уточним терминологию. По сути

подстроечный резистор является переменным, ведь его сопротивление можно изменить, но условимся, что при обсуждении подстроечных резисторов под переменными резисторами мы будем иметь ввиду те, которые мы уже обсудили в этой статье (поворотные, ползунковые и т. д). Это упростит изложение, поскольку мы будем противопоставлять эти типы резисторов друг другу. Да и, к слову, в литературе зачастую под подстроечными резисторами и переменными понимаются разные элементы цепи, хотя, строго говоря, любой подстроечный резистор также является и переменным в силу того факта, что его сопротивление можно изменить.

Итак, отличие подстроечных резисторов от переменных, которые мы уже обсудили, в первую очередь, заключается в максимальном количестве циклов перемещения ползунка.

Если для переменных это число может составлять десятки и сотни тысяч, то для подстроечных резисторов эта величина намного меньше. Поэтому подстроечные резисторы чаще всего используются непосредственно на плате, где их сопротивление меняется только один раз, при настройке прибора, а при эксплуатации значение сопротивления уже не меняется. Внешне подстроечный резистор выглядит совсем не так как упомянутые переменные:

Из-за небольшой износоустойчивости не рекомендуется применять подстроечные резисторы вместо переменных – в цепях, в которых регулировка будет производиться довольно часто.

Обозначение переменных резисторов также немного отличается от обозначения подстроечных:

На этом, собственно, мы и заканчиваем рассматривать переменные резисторы, в следующей статье речь пойдет о возможных соединениях резисторов между собой, спасибо за внимание, рад буду видеть вас на нашем сайте 🤝

Резистор переменного сопротивления, переменный резистор, резистор переменный проволочный


Резистор переменного сопротивления состоит из двух основных компонентов: резистивного слоя и ползунка. Резистивный слой имеет на своих концах контакты. Сопротивление между этими контактами и определяет сопротивление переменного резистора. А ползунок передвигается по этому слою, имея с ним электрический контакт. При этом ползунок тоже имеет свой вывод. В процессе движения ползунка от одного крайнего положения до другого изменяется сопротивление между ним и крайними контактами переменного сопротивления. Резистивный слой изготавливается из углерода, металлокерамики или может быть в виде проволочной катушки (

резистор переменный проволочный). Проволочные переменные резисторы могут быть довольно приличной мощности. Переменные сопротивления обычно бывают поворотные, т.е. шток резистора надо крутить. Но бывают также и ползунковые переменные резисторы. В них резистивный слой в виде прямой линии и ползунок движется по нему прямо. Поэтому и шток такого резистора надо двигать, а не крутить.

Переменное сопротивление – назначение

Переменный резистор


22 ком, 0.5 Вт.

Переменные сопротивления главным образом применяются для регулировки громкости в различной бытовой и профессиональной радиоаппаратуре. А вообще, можно сказать, что они предназначены для плавного изменения напряжения или тока в различных электросхемах посредством изменения собственного сопротивления. Например, с их помощью можно плавно регулировать яркость свечения электрической лампочки.

Переменный резистор с выключателем

В случае использования переменных резисторов в качестве регулятора громкости, например в радиоприёмнике, часто используют переменные резисторы с выключателем. Т.е. регулятор громкости совмещён с выключателем напряжения питания радиоприёмника. Как это работает: в крайнем положении регулятора, когда он соответствует минимальному значению громкости, выключатель питания выключен и устройство, в данном случае радиоприёмник, тоже выключено. Чтобы его включить, надо начать поворачивать регулятор в сторону увеличения громкости. Произойдёт небольшой щелчок – выключатель включится и дальнейший поворот регулятора приведёт к увеличению громкости звучания приёмника. В дальнейшем, чтобы выключить устройство, надо повернуть ручку громкости до минимума звука, а затем ещё чуть-чуть до характерного щелчка, означающего что выключатель сработал и устройство выключено.

Сдвоенный переменный резистор

Сдвоенный переменный резистор – ещё одно исполнение данных устройств. В общем случае, такие сдвоенные резисторы предназначены для одновременного изменения сопротивления в разных независимых частях схемы или вообще в разных устройствах. Самое частое применение сдвоенных переменных резисторов – звуковые стереофонические усилители мощности, где необходимо регулировать громкость одновременно в двух каналах: правом и левом. Такие резисторы имеют две резистивные дорожки, каждая со своими выводами и со своим ползунком, и один общий шток, который двигает сразу оба ползунка.

Некоторые переменные сопротивления разработаны для установки сразу на печатную плату и их контакты запаиваются непосредственно в схему. Другие предназначены для установки в корпус радиоаппаратуры, в предварительно просверленное отверстие и крепятся там при помощи гайки. В схему такие сопротивления запаиваются уже при помощи проводов. На корпусе пер. сопротивлений наносится значение его сопротивления и мощности. Номиналы переменных резисторов соответствуют ряду E6.


Резистор переменный проволочный


Типы резисторов

Слово «резистор» произошло от латинского « resisto », что значит сопротивляюсь. Резисторы относятся к наиболее распространенным деталям радиоэлектронной аппаратуры.

Основным параметром резисторов является их номинальное сопротивление, измеряемое в Омах ( Ом ), килоомах ( кОм ) или мегаомах ( МОм ). Номинальные значения сопротивлений указываются на корпусе резисторов, однако действительная величина сопротивления может отличаться от номинального значения. Эти, отклонения устанавливаются стандартом в соответствии с классом точности, определяющим величину погрешности.

Постоянные резисторы

Широко используются три класса точности допускающие отклонение сопротивления от номинального значения:

  • I класс – на ± 5 %
  • II класс – на ± 10 %
  • III класс – на ± 20 %

Существует так же так называемые прецизионные резисторы, они выпускаются с допусками:

  • ± 2 %
  • ± 1 %
  • + 0,2 %
  • ± 0,1 %
  • ± 0,5 %
  • ± 0,02 %
  • ± 0,01 %

Помимо сопротивления резисторы характеризуются предельным рабочим напряжением, температурным коэффициентом сопротивления и номинальной мощностью рассеяния.

Предельным рабочим напряжением называют максимально допустимое напряжение, приложенное к выводам резистора, при котором он надежно работает. Температурный коэффициент сопротивления ( ТКС ) отражает относительное изменение величины сопротивления резистора при колебании температуры окружающей среды на 1 °С . В зависимости от материала, из которого изготовлен резистор, его сопротивление с увеличением температуры может возрастать либо уменьшаться. В первом случае ТКС оказывается положительным, а во втором – отрицательным.

Если на резисторе выделяется большая мощность, чем предусмотрено, его температура будет повышаться, и он даже может перегореть. В большинстве устройств РЭА применяются резисторы с номинальной мощностью рассеяния от 0,125 до 2 Вт.

Номинальное значение сопротивления и допускаемое отклонение указываются на резисторе с помощью специальных буквенных обозначений:

  • Е (К) – от 1 до 99 Ом
  • К – от 0,1 до 99 кОм
  • М – от 0,1 до 99 МОм

Пример обозначений номинальных сопротивлений резисторов:

  • 27Е27 Ом
  • 4Е74,7 Ом
  • К680680 Ом
  • 1К51,5 кОм
  • 43К43 кОм
  • 2М42,4 МОм
  • 3 МОм

Различают два основных вида резисторов: нерегулируемые ( постоянные ) и регулируемые ( переменные и подстроечные ). Особую группу составляют полупроводниковые резисторы.

Постоянные резисторы

Постоянные резисторы могут быть проволочными и непроволочными. Проволочные резисторы представляют собой цилиндрическое тело, на которое наматывается проволока из металла, обладающего большим удельным сопротивлением. Первыми элементами обозначения таких резисторов являются буквы:

  • ПЭ
  • ПЭВ
  • ПЭВ-Р
  • ПЭВТ

Из наиболее широко применяемых непроволочных резисторов можно назвать углеродистые, типа:

Металлизированные резисторы, лакированные эмалью, теплостойкие:

  • МЛТ
  • ОМЛТ
  • МТ
  • МТЕ

Композиционные резисторы, с стеклянным основанием, на которое наносится токопроводящий материал-смесь нескольких веществ:

На электрических схемах постоянные резисторы, независимо от их типа, изображаются в виде прямоугольников, выводы от концов резисторов – линиями, проведенными от середин меньших сторон. Допустимая рассеиваемая мощность резистора указывается внутри прямоугольника. Рядом с условным графическим обозначением наносят латинскую букву R, после которой следует порядковый номер резистора, согласно принципиальной схеме, а также номинальное его сопротивление.

Обозначение постоянного резистора

Для сопротивления от 0 до 999 Ом единицу измерения не указывают, для сопротивления от 1 кОм до 999 и от 1 МОм и выше к числовому его значению добавляют обозначения единиц измерения.

Сопротивление резистора ориентировочное

 

 

Если величина сопротивления резистора на схеме указана ориентировочно и в процессе настройки может быть изменена, к условному обозначению резистора добавляется звездочка *.

При необходимости подчеркнуть, что данный резистор должен обязательно быть проволочным, рядом с символом R делается надпись « пров ».

Переменные резисторы

Регулируемые, или переменные резисторы являются радиоэлементами, сопротивления которых можно изменять от нуля до номинальной величины. Как и постоянные, регулируемые резисторы могут быть проволочными и непроволочными.

Регулируемый резистор без отводов

Регулируемый непроволочный резистор представляет собой токопроводящее покрытие, нанесенное на диэлектрическую пластинку в виде дуги, по которому перемещается пружинящий контакт (движок), скрепленный с осью. От этого контакта и от краев токопроводящего покрытия сделаны выводы.

Функциональная характеристика переменного резистора

По виду зависимости сопротивления между начальным выводом от токопроводящей части и движком от угла поворота оси различают резисторы типов:

  • А – линейная зависимость
  • Б – логарифмическая
  • В – показательная зависимость

Регулируемый резистор с двумя дополнительными отводами

Сдвоенный переменный резистор

Двойной переменный резистор

Регулируемый резистор с выключателем

Подстроечные резисторы

Разновидностью регулируемых резисторов являются подстроечные резисторы, которые не имеют выступающей оси, скрепленной с движком. Изменять положение движка и, следовательно, сопротивление между ним и одним из концов токопроводящего слоя в подстроечном резисторе можно только с помощью отвертки.

Подстроечные резисторы

Терморезисторы

Терморезистор – полупроводниковый резистор, включаемый в электрическую цепь, сопротивление которого возрастает при уменьшении температуры и понижается при ее увеличении. Температурный коэффициент сопротивления ( ТКС ) таких резисторов отрицательный.

Позистор – полупроводниковый резистор, включаемый в электрическую цепь, сопротивление которого увеличивается при увеличении температуры и уменьшается при ее уменьшении. Температурный коэффициент сопротивления ( ТКС ) таких резисторов положительный.

Терморезисторы (термисторы)

Условное графическое обозначение варисторов

 

 

Варисторами – называют полупроводниковые резисторы, в которых используется свойство уменьшения сопротивления полупроводникового материала при увеличении приложенного напряжения.

Система обозначений варисторов включает буквы СН (сопротивление нелинейное) и цифры.

Первая из цифр обозначает материал

  • 1 – карбид кремния
  • 2 – селен

Вторая цифра – конструкцию

  • 1,8 – стержневая
  • 2, 10 – дисковая
  • 3 – микромодульная

Третья цифра – порядковый номер разработки. Последним элементом обозначения также является число. Оно указывает на классификационное напряжение в вольтах, например – СН-1-2-1-100.

Варисторы применяют для защиты от перенапряжений контактов, приборов и элементов радиоэлектронных устройств, высоковольтных линий и линий связи, для стабилизации и регулирования электрических величин и т. д.

Фоторезисторы

Фоторезисторами – называют полупроводниковые резисторы, сопротивление которых изменяется от светового или проникающего электромагнитного излучения. Более широко используются фоторезисторы с положительным фотоэффектом. Их сопротивление уменьшается при освещении или облучении электромагнитными волнами.

Условное графическое обозначение фоторезисторов

 

Благодаря высокой чувствительности, простоте конструкции, малым габаритам фоторезисторы применяются в фотореле различного назначения, счетчиках изделий в промышленности, системах контроля размеров и формы деталей, устройствах регулирования различных величин, телеуправлении и телеконтроле, датчиках различных величин и др.

Система обозначений фоторезисторов ранних выпусков содержит три буквы и цифру. Первые две буквы – ФС (фотосопротивление), за ними следует буква, обозначающая материал светочувствительного элемента:

  • А – сернистый свинец
  • К – сернистый кадмий
  • Д – селенистый кадмий

Затем идет цифра, указывающая на вид конструкции, например: ФСК-1.

В новой системе обозначений первые две буквы СФ (сопротивление фоточувствительное). Следующая за ними цифра указывает на материал чувствительного элемента, а последняя цифра означает порядковый номер разработки, например: СФ2-1.

Цифровой переменный резистор MCP41XXX/42XXX с интерфейсом SPI | hardware

Микросхемы MCP41XXX/MCP42XXX компании Microschip это электронный переменный резистор, управляемый последовательными данными через интерфейс SPI. У него может быть 1 или 2 канала и дополнительные входы для сброса, выключения, а также цифровой выход для каскадирования таких устройств в цепочку по данным управления (количество каналов и наличие дополнительных выводов зависит от типа корпуса устройства).

Примечание: здесь дан перевод даташита [1] с акцентом на программирование и применение. Таблицы с электрическими, предельно допустимыми параметрами и параметрами диаграмм времени см. в оригинальном даташите.

[Основные возможности цифрового потенциометра]

• У каждого канала потенциометра имеется 256 положений “движка”.
• Значения сопротивления могут быть 10 kΩ, 50 kΩ и 100 kΩ.
• Есть одноканальные и двухканальные версии микросхемы.
• Последовательный интерфейс SPI (режимы 0,0 и 1,1).
• Интегральная нелинейность (INL) дифференциальная нелинейность (DNL) составляют ±1 вес младшего разряда (LSB).
• Применена технологий Low power CMOS, в статическом режиме ток потребления составляет максимум 1 μA.
• Несколько микросхем могут быть соединены в одну цепочку каскадирования по передаче данных.
• Одно напряжение питания (2.7 .. 5.5V).
• Индустриальное исполнение для диапазона температур: -40° .. +85°C.
• Расширенный температурный диапазон: -40° .. +125°C.
• Функция выключения открывают схемы для всех резисторов для максимальной экономии энергии питания.

Только для двухканальных версий MCP42XXX:

• Аппаратные выводы выключения ~SHDN, сброса ~RS и выхода данных SO.

Версии MCP41XXX являются одноканальными устройствами, поставляемыми в 8-выводных корпусах PDIP или SOIC. Версии MCP42XXX содержат 2 независимых канала в 14-выводных корпусах PDIP, SOIC или TSSOP. Позиция “движка” резисторов MCP41XXX/42XXX меняется по линейному закону и под управлением стандартного интерфейса SPI. Функция выключения (shutdown), активируемая программно, работает таким образом, что вывод A переменного резистора отключается, и одновременно “движок” W подсоединяется к выводу B. Дополнительно двухканальные версии электронного потенциометра MCP42XXX имеют вывод ~SHDN, который выполняет ту же функцию, но аппаратно. Во время режима shutdown содержимое регистра положения движка может быть изменено, и тогда потенциометр вернется из состояния shutdown в новое положение движка.

Движок сбрасывается в среднюю позицию 80h после включения питания. Вывод ~RS (reset, сброс, доступен только в двухканальных версиях MCP42XXX) реализует аппаратный сброс, возвращая движок резистора в среднее положение.

Интерфейс SPI микросхем версий MCP42XXX имеет 2 сигнала SI и SO (вход и выход), позволяя каскадировать последовательно несколько устройств.

Сопротивления каналов MCP42XXX отличаются не больше, чем на 1%.

Цоколевка корпусов PDIP8, SOIC8:

Цоколевка корпусов PDIP14, SOIC14, TSSOP14:

[Описание выводов]

Имя Описание
PB0,
PB1
Вывод B потенциометра. Клемма переменного резистора, которая обычно при использовании подключается к земле.
PA0,
PA1
Вывод A потенциометра. Клемма переменного резистора, на которую обычно подается регулируемый сигнал.
PW0,
PW1
“Движок” потенциометра/переменного резистора.
~CS Это вывод входа для выборки порта SPI (chip select), который используется для загрузки команды и данных в регистр сдвига и копирования загруженных данных в из регистра сдвига в регистр (или регистры) потенциометра (потенциометров). Сигнал этого вывода проходит через триггер Шмитта.
SCK Это вывод входа тактов порта SPI, и он используется для последовательной загрузки в микросхему команды и данных. Данные вдвигаются в вывод SI по положительному перепаду SCK (0 -> 1), и выходят наружу через вывод SO по отрицательному перепаду SCK (1 -> 0). Этот вывод активизируется сигналов вывода ~CS (например, микросхема почти не потребляет ток, если вывод SCK переключается, когда на выводе ~CS уровень лог. 1). Сигнал с вывода SCK проходит через триггер Шмитта.
SI Это вход для поступления последовательных данных порта SPI. Байты команды и данных вдвигаются в регистр сдвига через этот вывод. Действие входа SI управляется сигналом вывода ~CS (микросхема не потребляет ток и не реагирует на входные данные, когда они меняются на выводе SI, если вывод ~CS находится в лог. 1). Сигнал на вывод SI проходит через триггер Шмитта.
SO Это выход последовательных данных порта SPI, предназначенный для соединения нескольких микросхем в цепочку. Данные выдвигаются наружу через вывод SO по спаду сигнала тактов SCK. Выход SO является двухтактным, и он не переходит в третье состояние, когда на входе ~CS лог. 1. Если на ~CS лог. 1, то на выходе SO будет лог. 0.
~RS Это вход сброса, который переводит состояние потенциометров в среднее положение (код 80h), если на этом выводе появился лог. 0 на время как минимум 150 нс. Этот вывод не переключается в лог. 0, когда ~CS переключается в лог. 0. Можно переключить вход сброса, когда ~SHDN находится в лог. 0. Чтобы снизить потребление тока, вход сброса должен быть подтянут к лог. 1 через резистор pull-up. Производительность этой схемы показана на рис. 2-12 даташита [1]. Этот вывод будет потреблять нежелательный ток, когда находится на уровне между лог. 0 и лог. 1, поэтому не оставляйте вход сброса в подвешенном состоянии.
~SHDN Это аппаратный вход выключения, снабженный триггером Шмитта. Если перевести этот вывод в лог. 0, то микросхема перейдет в энергосберегающий режим, в котором вывод A переменных резисторов отключается, а выводы B и W замыкаются друг на друга. Вход ~SHDN не должен переходить в лог. 0, когда вывод ~CS находится в лог. 0. Чтобы минимизировать потребление энергии, этот вывод должен иметь верхнюю подтяжку (резистор pull-up). Производительность этой схемы показана на рис. 2-12 даташита [1]. Этот вывод будет потреблять нежелательный ток, когда находится на уровне между лог. 0 и лог. 1, поэтому не оставляйте вход сброса в подвешенном состоянии.
VSS GND, земля, минус питания и общий провод для всех цифровых сигналов.
VDD + питания.

[4.0. Информация по применению]

Устройства MCP41XXX/MCP42XXX это одноканальные и двухканальные потенциометры с 256 положениями, которые можно использовать вместо обычных механических. Доступны номиналы 10 кОм, 50 кОм и 100 кОм. Как показано на рис. 4-1, каждый потенциометр построен из как массив переключаемых резисторов, управляемый 8-битным (отсюда 256 позиций) регистром данных, который определяет положение “движка”. Номинальное сопротивление движка составляет 52 Ом для 10 кОм версии, 125 Ом для 50 кОм версии и 100 кОм версии. Для двухканальных устройств различия по сопротивлению между каналами составляет не более 1%. Сопротивление между движком и любым из крайних выводов резистора линейно меняется в зависимости от значения, сохраненное в регистре данных. Код 00h соединяет движок W с выводом B. После включения питания все регистры данных автоматически загружаются средним значением (80h). Последовательный интерфейс предоставляет способ загрузить данные в регистр сдвига, после чего переместить их в регистры данных. Последовательный интерфейс также позволяет перевести отдельные потенциометры в режим выключения (shutdown mode) для минимизации потребления энергии. Вывод ~SHDN может также может использоваться для перевода всех потенциометров в shutdown mode (программно можно задавать shutdown mode индивидуально для каждого из потенциометров), и предоставляется вывод ~RS для установки потенциометров в среднее положение mid-scale (80h).

Shutdown отключает вывод A и подключает движок W к выводу B, без изменения состояния регистров данных.

Когда разводится печатная плата с использованием цифровых потенциометров, должны использоваться блокирующие конденсаторы. Они должны быть подключены максимально близко к выводам питания микросхемы. Рекомендуется использовать конденсатор номиналом 0.1 мкФ. Цифровые и аналоговые проводники должны быть максимально удалены друг от друга на плате, желательно, чтобы не было проводников под корпусом микросхемы или под корпусом конденсатора. Особое внимание должно быть уделено проводникам с высокочастотными сигналами (такие как сигналы тактов), чтобы они как можно дальше проходили от проводников с аналоговыми сигналами. Использование аналоговой заливки рекомендуется, чтобы удерживать потенциал земли одинаковым для всех устройств на плате.

4.1. Режимы работы. Приложения с цифровым потенциометром можно поделить на 2 категории: режим реостата и потенциометра, или режим делителя напряжения.

4.1.1. Режим реостатата. В этом режиме потенциометр используется как двухвыводный резистивный элемент (переменный резистор). Не используемый вывод должен быть соединен с движком, как показано на рис. 4-2. Обратите внимание, что смена полярности выводов A и B не влияет на работу потенциометра в режиме реостата (смена полярности просто поменяет действие записываемых кодов).

Рис. 4-2. Конфигурация реостата с двумя выводами. Работает в схеме как переменный резистивный элемент, сопротивление которого меняется под управлением цифрового кода.

Использование устройства в этом режиме позволяет менять общее сопротивление между двумя узлами схемы. Общее измеренное сопротивление будет минимальным для кода 00h, когда движок W соединен с выводом A, и переместился к выводу B. Сопротивление при этом будет равно сопротивлению движка, что составит типично 52Ω для 10 kΩ устройств MCP4X010, 125Ω для 50 kΩ (MCP4X050) и 100 kΩ (MCP4X100) устройств. Для 10 kΩ устройства вес младшего разряда регулирования 39.0625Ω (если предположить общее сопротивление 10 kΩ). Сопротивление будет расти при увеличении кода, и будет максимальным 9985.94Ω для кода FFh. Движок никогда не будет соединен напрямую с точкой B стека резисторов.

В состоянии 00h общее сопротивление будет равно сопротивлению движка W. Чтобы избежать повреждения микросхемы следует ограничить ток через переменный цифровой резистор значением 1 mA.

Для двухканальных устройств разница сопротивления точек A и B между каналами составит меньше 1%. Однако между разными микросхемами несовпадение может составлять до 30%.

В режиме реостата сопротивление имеет положительный температурный коэффициент. Изменение сопротивление между движком и крайним выводом в зависимости от температуры показано на рис. 2-8 даташита [1]. Наибольшее изменение из-за температуры будут происходить для 6% кодов (в диапазоне 00h .. 0Fh) из-за того, что коэффициент сопротивления движка влияет на общее сопротивление. Для оставшихся кодов доминантным будет вклад температурного коэффициента массива резисторов RAB, который обычно составляет 800 ppm/°C.

4.1.2. Режим потенциометра. В режиме потенциометра все 3 вывода устройства подключаются к разным точкам схемы. Это позволяет менять напряжение на движке (выходе) пропорционально коду. Этот режим иногда называют режимом делителя напряжения. Потенциометр используется для предоставления настраиваемого напряжения между двумя точками, как показано на рис. 4-3. Обратите внимание, что изменение полярности выводов A и B не влияет на работу (смена полярности просто поменяет действие записываемых кодов).

Рис. 4-3. Режим делителя напряжения (потенциометра).

В этой конфигурации соотношение внутреннего сопротивления определяется температурным коэффициентом устройства. Совпадение по температурному коэффициенту сопротивлений RAB и RWB составляет 1 ppm/°C (измерено для кода 80h). Для кодов с меньшими значениями температурный коэффициент движка будет доминировать. Рис. 2-3 даташита [1] показывает эффект температурного коэффициента движка. Выше младших кодов этот рисунок показывает, то 70% состояний даст температурный коэффициент меньше 5 ppm/°C. 30% состояний дадут ppm/°C меньше 1.

4.2. Типовые применения

4.2.1. Программируемые усилители с несимметричным выходом. Потенциометры часто используют для настройки уровней опорного напряжения или усиления. Схемы с программируемым усилением на основе цифровых потенциометров могут быть реализованы разными способами. Пример инвертирующего усилителя с одним источником питания показан на рис. 4-4. Из-за высокого входного сопротивления усилителя сопротивление движка не участвует в передаточной функции.

 
 

VOUT = -VIN * (RB/RA) + VREF * (1 + RB/RA)
 
Здесь:
 
     RAB*(256 – Dn)            RAB * Dn
RA = --------------       RB = --------
          256                     256
          
RAB = общее сопротивление канала
Dn = настройка движка (Dn = 0 . . 255)

Рис. 4-4. Инвертирующий программируемый усилитель с однополярным питанием.

Для не инвертирующего усилителя с однополярным питанием может быть использована схема на рис. 4-5.

 
 
 
VOUT = VIN * (1 + RB/RA)
 
Здесь:
 
     RAB*(256 – Dn)            RAB * Dn
RA = --------------       RB = --------
          256                     256
          
RAB = общее сопротивление канала
Dn = настройка движка (Dn = 0 .. 255)

Рис. 4-5. Не инвертирующий программируемый усилитель с однополярным питанием.

Чтобы эти схемы работали правильно, необходимо учесть некоторые моменты. Для линейной работы сигналы на входе и выходе не должны уходить за пределы уровней выводов VSS и VDD микросхемы потенциометра и не должны быть превышены пределы входных и выходных сигналов операционного усилителя. Схема на рис. 4-4 требует виртуальной земли или опорного напряжения для не инвертирующего усилителя. Для дополнительной информации обратитесь к апноуту 682 “Using Single-Supply Operational Amplifiers in Embedded Systems” (DS00682). При включении питания или поступления сигнала сброса (~RS), сопротивление установится в среднее положение, когда сопротивление плеч RA и RB равны. На основе передаточной функции схемы усиление составит 1. Когда код увеличивается, движок перемещается в сторону вывода A, и усиление увеличивается. Соответственно когда движок перемещается к выводу B, усиление уменьшается. Рис. 4-6 показывает эту зависимость. Обратите внимание на псевдо-логарифмическое усиление вокруг десятичного кода 128. По мене приближения движка к любому из выводов крутизна изменения усиления резко возрастает. Из-за несовпадения величин RA и RB для крайних старших и младших кодов малое изменение позиции движка очень сильно влияет на усиления. Как показано на рис. 4-3, рекомендуется использовать изменение коэффициента усиления в диапазоне от 0.1 до 10.

Рис. 4-6. Зависимость усиления от кода для схем инвертирующего и дифференциального усилителей.

4.2.2. Программируемый дифференциальный усилитель. Пример усилителя с дифференциальным входом, где используются цифровые потенциометры, показан на рис. 4-7. Для поддержки передаточной функции в оба канала резистора должны быть запрограммированы одинаковым кодом. Точное соответствие по сопротивлению между каналами сдвоенного резистора может быть использовано как достоинство для этой схемы. Эта схема покажет также стабильную работу в зависимости от температуры из-за низкого температурного коэффициента потенциометра. На рис. 4-6 также показана зависимость между усилением и кодом для этой схемы. Когда движок приближается к любому из выводов потенциометра, с каждым новым шагом усиление меняется очень значительно, поэтому рекомендуется менять коэффициент усиления в диапазоне между 0. 1 и 10.

 
 
 
VOUT = (VA - VB) * RB/RA
 
Здесь:
 
     RAB*(256 – Dn)            RAB * Dn
RA = --------------       RB = --------
          256                     256
          
RAB = общее сопротивление канала
Dn = настройка движка (Dn = 0 .. 255)

Замечание: сопротивления каналов RAB должны быть одинаковые (каналы из одного корпуса MCP42XXX).

Рис. 4-7. Дифференциальный усилитель с однополярным питанием.

4.2.3. Программируемая подстройка смещения. Для приложений, где требуется только программируемое опорное напряжение, можно использовать схему на рис. 4-8. Эта схема показывает устройство, используемое в режиме потенциометра (делителя напряжения) с двумя дополнительными резисторами и буферным усилителем. Это создает линейную зависимость между выходным напряжением и программируемым кодом. Резисторы R1 и R2 могут использоваться для уменьшения или увеличения веса шага регулирования. Потенциометр в этом режиме работает стабильно при изменениях температуры. Температурная зависимость этой схемы показана на рис. 2-3 даташита [1]. Самые плохие показатели для температурной зависимости будут для нижних и верхних кодов из-за того, что начинает оказывать влияние сопротивление движка. R1 и R2 также используются для изменения границ напряжения, таким образом может быть снижена необходимость использования этих крайних кодов.

 
 

Рис. 4-8. Номиналы R1 и R2 меняют разрешающую способность схемы и пределы регулирования выходного напряжения.

4.3. Вычисление сопротивлений. Когда программируются настройки цифрового потенциометра, используются следующие выражения для получения сопротивлений. Код 00h соответствует крайнему положению движка максимально близко к выводу B, оставляя только сопротивление движка. Программирование кодов близко к FFh приближают движок к выводу A потенциометра. Выражения на рис. 4-9 могут использоваться для вычисления сопротивлений плеч.

 
 
 
RWA(Dn) = (RAB * (256 - Dn) / 256) + RW
 
RWB(Dn) = (RAB * Dn / 256) + RW
 
Здесь:
 
PA ножка A потенциометра
PB ножка B потенциометра
PW движок потенциометра
RWA сопротивление между выводом A и движком
RWB сопротивление между выводом B и движком
RAB общее сопротивление резистора (10 kΩ, 50 kΩ или 100 kΩ)
RW сопротивление движка
Dn 8-битное значение в регистре данных для потенциометра n

Рис. 4-9. Сопротивление плеч потенциометра является функцией кода. Следует заметить, что при использовании этих выражений для большинства схем усилителей с обратной связью (как на рис. 4-4 и 4-5) сопротивление движка можно опустить из-за высокого входного сопротивления усилителя.

Рис. 4-10 показывает пример вычислений для 10 kΩ потенциометра.

 
 
 
R = 10 kΩ
Код = C0h = 192
 
RWA(Dn) = (RAB * (256 - Dn) / 256) + RW
RWA(C0h) = (10kΩ * (256 - 192) / 256) + 52Ω = 2552Ω
 
RWB(Dn) = (RAB * Dn / 256) + RW
RWB(C0h) = (10kΩ * 192 / 256) + 52Ω = 7552Ω

Рис. 4-10. Пример расчетов сопротивления.

[5.0. Последовательный интерфейс]

Обмен данными между микроконтроллером и цифровым резистором MCP41XXX/42XXX осуществляется через последовательный интерфейс SPI. Этот интерфейс использует 3 команды:

1. Запись нового значения в регистр (регистры) данных потенциометра.
2. Перевод канала в низкопотребляющий режим выключения (low power shutdown mode).
3. Команда NOP (No Operation, пустая операция).

Выполнение любой команды происходит переводом сигнала ~CS в лог. 0, после чего вдвигается байт команды, за которым идет байт данных. Эти данные попадают в 16-битный регистр сдвига. Команда выполняется после того, как сигнал ~CS переводится в лог. 1. Данные вдвигаются через вывод SI по спаду тактов SCK, и выдвигаются на выход через вывод SO, см. рис. 5-1.

Примечание: не все микросхемы имеют вывод SO, это зависит от корпуса.

Рис. 5.1. Диаграмма сигналов для записи инструкций или данных в цифровой потенциометр.

Примечания к рис. 5-1: значения бит данных, помеченных крестиком X, не имеют значения. Всегда должно быть нацело поделенное на 16 количество тактов, когда сигнал ~CS находится в лог. 0, иначе команды не будут приняты устройством. Последовательный выход данных SO доступен только для двухканальной версии микросхемы MCP42XXX. Для одноканальной версии микросхемы MCP41XXX бит P1 не имеет значения.

Устройство отслеживает количество тактов (перепадов от 0 -> 1), пока сигнал ~CS находится в лог. 0, и оборвет все команды, если количество пришедших тактов не будет делиться нацело на 16.

5.1. Байт команды. Первый отправляемый байт всегда байт команды, за которым идет байт данных. Байт команды содержит 2 бита выбора команды и 2 бита выбора потенциометра. Содержимое не используемых бит игнорируется (биты ‘don’t care’, т. е. не имеет значения). Биты выбора команд суммарно описываются на рис. 5-2. Биты выбора команды C1 и C0 (биты 4:5) определяют, какая команда будет выполнена. Если биты команд оба 0 или 1, то будет выполнена команда NOP, как только загружены все 16 бит. Эта команда полезна в конфигурации, когда несколько микросхем соединены в цепочку. Когда биты команды 01, то будет выполнена команда с 8 битами, отправленными в байте данных. Данные будут записаны в потенциометр, определенный битами выбора потенциометра. Если биты команды 10, то будет выполнена команда shutdown на потенциометрах, определенных этими битами выбора потенциометра.

Для устройств MCP42XXX биты выбора потенциометра P1 и P0 (биты 0:1) определяют, на какие потенциометры действует команда. Соответствующая лог. 1 в позиции обозначает, что выполняется команда для этого потенциометра, в то время как лог. 0 обозначает, что команда не будет влиять на этот потенциометр (см. рис. 5-2).

D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8
X X C1 C0 X X P1 P2

Рис. 5-2. Формат байта команды.

Биты C1C0 задают команду:

C1 C0 Команда Описание
0 0 None Пустая команда (не будет выполнено никаких действий).
0 1 Write Data В регистр данных выбранного потенциометра (определяется состоянием бит P1P0) будут записано 8 бит данных, которые идут за командой (D7..D0).
1 0 Shutdown Потенциометры, выбранные битами P1P0, будут переведены в состояние “выключено” (Shutdown Mode). Биты данных (D7..D0) для этой команды не имеют значения.
1 1 None Пустая команда (не будет выполнено никаких действий).

Биты P1P0 выбирают потенциометры:

P1 P0 Выбор канала потенциометров
0 0 Пустой выбор: команда не повлияет на состояние потенциометров.
0 1 Команда выполнится для потенциометра 0.
1 0 Команда выполнится для потенциометра 1.
1 1 Команда выполнится для обоих потенциометров.

5.2. Запись данных в регистры. Когда новые данные записаны в один или большее количество регистров данных потенциометра, за командой записи идет байт данных с новым значением. Команда выбирается битами C1C0, установленными в 01. Биты выбора потенциометра P1 и P0 позволяют новому значению записаться в potentiometer 0, potentiometer 1 (или в них оба) одной командой. Лог. 1 либо для P1, либо для P0 приведет к записи данных в соответствующий регистр данных потенциометра, и лог. 0 не окажет изменения, данные этого потенциометра не поменяется. См. суммарное описание формата команды на рис. 5-2.

5.3. Использование команды Shutdown. Команда shutdown позволяет перевести схему приложение в режим низкого потребления тока (power-saving mode). В этом режиме выводы отключены, и ножки потенциометра B и W замкнуты друг на друга. Эта команда выбирается, когда биты команды C1C0 установлены в 10. Биты выбора потенциометра P1 и P0 позволяют выключить каждый потенциометр независимо друг от друга. Если либо P1, либо P0 в лог. 1, то соответствующий потенциометр перейдет в режим shutdown. Лог. 0 для P1 или P0 не окажет эффекта. 8 бит данных, которые идут за командой, все еще нужны для передачи команды shutdown, но их содержимое не имеет значения. См. суммарное описание формата команды на рис. 5-2.

Как только определенный потенциометр вошел в режим shutdown, он будет оставаться в нем, пока не произойдет следующее:

• Новое значение записано в регистр данных потенциометра, при этом вывод ~SHDN должен быть в лог. 1. Устройство будет оставаться в режиме shutdown до перепада 0 -> на выводе ~CS, после чего устройство выйдет из режима shutdown, и новое значение будет записано в регистр (регистры) данных. Если вывод ~SHDN находится в лог. 0, когда принято новое значение, то регистры все-таки получат новое значение, но устройство останется в режиме shutdown. Этот сценарий подразумевает, что принята допустимая команда. Если принята недопустимая команда, то она будет игнорирована, и устройство останется в режиме shutdown.

Примечание: иногда у микросхемы нет вывода ~SHDN, тогда подразумевается, что он всегда находится в состоянии лог. 0. Это зависит от корпуса микросхемы – если корпус имеет 8 выводов, то нет не только вывода ~SHDN, но также нет выводов ~SHDN и сброса ~RS. Поэтому все, что написано дальше, к этим микросхемам не относиться.

Также можно использовать аппаратный вывод выключения (shutdown pin) и вывод сброса (reset pin) для вывода устройства из программно активированного режима выключения. Чтобы сделать это, сначала должен быть выдан импульс лог. 0 на выводе выборки. Для нескольких устройств использование общего вывод ~SHDN или RESET позволяет с помощью выборки перевести вывести из shutdown только нужную микросхему. См. рис. 1-3 диаграммы сигналов. С предварительной подачей импульса выборки может возникнуть одна из ситуаций для вывода устройства из программного shutdown:

• На выводе ~RS появляется импульс лог. 0 на время как минимум 150 нс, при этом ~SHDN должен быть в лог. 1. Если вывод ~SHDN в лог. 0, то регистры все еще будут установлены в среднее значение, но устройство останется в режиме shutdown. Это условие подразумевает, что ~CS находится в лог. 1, так как перевод вывода ~RS в лог. 0 при выводе ~CS в лог. 0 приведет к недопустимому состоянию, и результаты будут непредсказуемы.

• Перепад 0 -> 1 на выводе ~SHDN, который произошел после уровня лог. 0 как минимум 100 нс, когда вывод ~CS был в лог. 1. Переключение ~SHDN в лог. 0, когда ~CS в лог. 0 это недопустимое состояние, которое приведет к непредсказуемым результатам.

• Устройство выключено и потом снова включено.

Примечание: аппаратный вывод ~SHDN всегда переведет устройство в режим shutdown, независимо от того, переведен ли потенциометр в режим shutdown программной командой.

Когда устройство выключено, регистры данных устанавливаются в среднее значение (80h). Схема сброса при включении питания используется для гарантии, что после включения устройства оно окажется в известном состоянии.

5.8. Использование MCP41XXX/42XXX в SPI Mode 11. Можно работать с устройствами в режимах SPI 00 и 11. Разница между этими режимами только в том, что когда используется режим 11, такты остаются в режиме ожидания в состоянии лог. 1, в то время как в режиме 00 такты остаются в режиме ожидания в лог. 0. В обоих режима данные вдвигаются в устройство через вход SI по положительным перепадам SCK, и выдвигаются наружу через вывод SO по спадам уровня SCK. Операции с использованием режима 00 показаны на рис. 5-1. Пример на рис. 5-5 показывает режим 11.

Рис. 5-5. Диаграмма сигналов для работы в режиме SPI Mode 11.

[Ссылки]

1. MCP41XXX/42XXX Single/Dual Digital Potentiometer with SPI™ Interface site:microchip. com.
2. AD9833: программируемый генератор сигналов.

Переменные резисторы | Потенциометры

Все электронные компоненты делятся на два класса активные и пассивные. К классу пассивных относятся резисторы.

Резисторы относятся к наиболее распространенным деталям радиоэлектронной аппаратуры. На их долю приходится от 20 до 45%, т. е. почти до половины общего количества радиодеталей в устройстве. Напомним  основные  теоретические положения.

Принцип работы резистора.

Принцип работы резисторов основан на использовании свойства материалов оказывать сопротивление протекающему току. Функция резисторов – это регулирование и распределение электрической энергии между цепями и элементами схем.

В зависимости от выполняемых функций различают:

  • резисторы постоянные, с фиксированной при изготовлении величиной сопротивления,
  • и переменные резисторы, величина сопротивления которых может быть изменена путем перемещения подвижного контакта.

Известны два способа включения переменных резисторов в схему: потенциометрический и реостатный.

Под “потенциометром ” понимают переменный резистор, предназначенный для работы в потенциометрической схеме.

На практике широкое распространение получили оба способа, используемые в равной мере. Производитель и поставщик электронных компонентов заранее не может знать, в какой именно схеме будет использоваться его изделие.

Напомним, что термин “потенциометр”, имеет два совершенно различные значения:

1. электроизмерительный компенсатор, прибор для определения ЭДС или напряжений компенсационным методом измерений.

С использованием мер сопротивления потенциометр может применяться для измерения тока, мощности и др. электрических величин, а с использованием соответствующих измерительных преобразователей — для измерения различных неэлектрических величин: температуры, давления, состава газов ( со-потенциометр обратной связи представляет собой резистивный делитель напряжения, с включенными последовательно резистором и потенциометром между входным контактом контроллера и заземлением), плотности.

Различают потенциометры постоянного и переменного тока.

В потенциометре постоянного тока измеряемое напряжение сравнивается с эдс нормального элемента. Поскольку в момент компенсации ток в цепи измеряемого напряжения равен нулю, измерения производятся без отбора мощности от объекта измерения. Точность измерений при помощи таких потенциометров достигает 0,01%, а иногда и выше.

В электронных автоматических потенциометрах, как постоянного, так и переменного тока измерения напряжения выполняются автоматически; при этом компенсация измеряемого напряжения осуществляется посредством исполнительного механизма (электродвигателя), перемещающего соответствующие движки на сопротивлениях (реохордах) потенциометра.

Исполнительный механизм управляется напряжением небаланса (разбаланса) – разностью между компенсируемым и компенсирующим напряжениями.

Результаты измерений в электронных автоматических потенциометрах выводятся в цифровой форме, что позволяет вводить полученные данные непосредственно в ЭВМ. Помимо измерений, электронные автоматические потенциометры могут выполнять функции регулирования параметров производственных процессов.

В этом случае движок реохорда устанавливают в определённое положение, задающее, например, требуемую температуру объекта регулирования, а напряжение небаланса потенциометры подают на исполнительный механизм, соответственно увеличивающий (уменьшающий) электрический нагрев или регулирующий поступление горючего.

Цифровые потенциометры являются надежной альтернативой механическим потенциометрам и превосходят их по прочности конструкции, точности разрешения, низкому уровню шумов, а также по возможности дистанционного управления.

Конструктивно потенциометры выполнены в виде цепи последовательно соединенных резисторов с управлением токосъема посредством внешнего интерфейса. Выпускаются устройства с линейной или логарифмической зависимостью сопротивления от положения движка. Также, в корпусе микросхемы может быть интегрировано до шести цифровых потенциометров.

2. Делитель напряжения с плавным регулированием сопротивления, устройство (в простейшем случае в виде проводника с большим омическим сопротивлением, снабженного скользящим контактом), при помощи которого на вход электрической цепи может быть подана часть данного напряжения.

Такие делители напряжения применяются в радиотехнике и электротехнике, в аналоговой вычислительной и в измерительной технике, а также в системах автоматики, например в качестве датчиков линейных и угловых перемещений.

Мы используем второе значение термина “потенциометр”.

Очень часто вместо термина “потенциометр” используют термин “переменный резистор”. Однозначного подхода к использованию терминов нет.

Так ряд производителей в кодировке своих изделий потенциометров используют термин “переменный резистор” и первые символы кода представляют  как “RV” от слов “Resisror variable “, но в технической документации (спецификации, чертежах  описании и т. д. ) используют термин “потенциометр”.

Переменный резистор как регулируемый делитель является универсальным изделием для различных приложений.

Основные принципы работы переменного резистора.

При помощи подвижного ползунка некоторый потенциал снимается с элемента сопротивления, имеющего определенное общее напряжение. Следуя этому принципу деления напряжения переменный резистор может использоваться как источник стандартных значений и как датчик позиций. Допустимое напряжение зависит от размера и общего сопротивления.

Элементы сопротивления переменного резистора

Различают следующие элементы сопротивления:

а) Проволока как элемент сопротивления – это очень традиционное исполнение.

В зависимости от значения общего сопротивления используются различные металлические легирующие элементы. Преимущества проволоки, как элемента сопротивления: возможны малые допуски на линейность, на сопротивление и на температурный коэффициент.

Сопротивления общего назначения могут изготавливаться малыми сериями. При этом переменные резисторы отличают прекрасные электрические данные, низкие затраты на изготовление, высокая гибкость.

Недостатками являются низкая разрешающая способность из-за перехода с витка на виток, относительно невысокий срок эксплуатации из-за стирания, высокий электрический уровень шума связанный с износом, малая пригодность при ударных и вибрационных нагрузках и высокой скорости перестановки.

б) Элементы сопротивления гибридной техники.

Эта техника предлагается на рынке лишь немногими изготовителями. Она представлена промежуточным решением между проволокой и проводящими искусственными материалами, как элементами сопротивления. Витки проволоки заполняются в специальном процессе в толстослойной массе и весь элемент покрывается этой пастой.

в) Проводящие искусственные материалы как элементы сопротивления.

Эта современная технология используется прежде всего в современных одновитковых переменных резисторах, и при этом может быть достигнут очень высокий срок их эксплуатации.

Преимущества этой техники: очень высокий срок эксплуатации, практически бесконечная разрешающая способность, высокая устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам, высокое число оборотов.

Однако, малые допуски при этом реализовать достаточно трудно, отсюда дороговизна изделий. Плохой температурный коэффициент делает их пригодными только для потенциометров с <360° p=””>

Механический угол поворота потенциометра

Очень часто и особенно рукой тяжело установить точное желаемое значение, так как это требует точного позиционирования оси переменного резистора, соединенной с ползунком на высокоразрешающем элементе сопротивления. Поэтому различают:

а) Многооборотный переменный резистор.

Примером таких резисторов являются СП5-35. Много лет уже широко известен прецизионный резистор на 10 механических оборотов, то есть с механическим углом поворота до 360°. Исполнение в проволочной гибридной технике может быть приобретено за очень низкую цену.

Из-за очень больших количеств таких переменных резисторов выпускаемых в мире они используются как точные регулировщики напряжения на передних платах измерительных, управляющих и регулирующих приборов. Чем больше механический угол поворота, и тем самым механическое число поворотов, тем выше точность установки.

б) Переменный резистор с одним механическим оборотом (угол поворота 360°)

Этот вид часто используется как аналоговый датчик угла поворота. Для многих применений вполне достаточно одного поворота для всего интервала сопротивления, особенно если весь интервал сопротивления должен быстро выставляться.

Механические виды – наиболее часто используемыми видами являются:

а) Крепления в одной точке
Такие крепления часто используются в сочетании с регуляторами ручного управления или при малых скоростях установки.

Прецизионные резисторы с одноточечным креплением почти всегда оснащены прецизионным подшипником скольжения в нарезной втулке. Поэтому оно рекомендуется только для медленной скорости установки без радиальных и аксиальных нагрузок на ось резистора. Эти переменные резисторы экономически более выгодны, чем соответствующие им резисторы с сервофланцем или с шарикоподшипником.

б) Прецизионный резистор с синхрофланцем (сервофланцем либо шарикоподшипником)
Такие подшипники используются чаще всего в сочетании с моторами и другими элементами привода. Подшипником почти всегда является прецизионный шарикоподшипник, который выдерживает намного более высокое число оборотов, как и более высокие аксиальные и радиальные нагрузки.

При этом монтаж происходит либо с тремя нарезными отверстиями в фланце, либо с тремя, так называемыми, синхронизационными скобами. Такое строение используется в первую очередь для применения потенциометра, как аналогового датчика угла.

Моторные переменные резисторы.

В измерительной, управляющей и регулирующей технике очень часто переменные резисторы используются с приводом от различных моторов.

Существуют различные моторы:

  • маленькие моторы постоянного тока (якорь без железа), особенно пригодные для самых низких напряжений разбега,
  • миниатюрные шаговые моторы,
  • сервомоторы переменного тока.

Все эти моторы могут быть снабжены жесткой передачей с большим числом редуцирований. Основа моторных резисторов включает в себя прежде всего соответствующее сопряжение (а также скользящее сопряжение) как и необходимые детали крепления.

Переменные резисторы характеризуются следующими основными параметрами.

Номинальное значение сопротивления Rном. Измеряется в омах (Ом), килоомах (кОм), мегаомах (мОм). Номинальные значения сопротивлений указывают на корпусе изделия.

Допустимое отклонение действительного сопротивления  от его номинального значения. Это отклонение измеряется в процентах, оно нормировано и определяется классом точности.

Номинальное значение мощности рассеивания переменного резистора Rном. Этот параметр измеряется в ваттах (Вт). Это наибольшая мощность постоянного или переменного тока, при протекании которого через переменный резистор он может работать длительное время без повреждений.

Мощность Рном, ток I, протекающий через резистор, падение напряжения U на резисторе и его сопротивление r связаны зависимостью: P=UI U=IRВ большинстве устройств радиоэлектронной аппаратуры применяют переменные резисторы с номинальной мощностью рассеивания от 0,05 до 2 Вт.

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) резистора. Характеризует относительное изменение сопротивления  переменного резистора при изменении температуры окружающей среды на 1 °С и выражается в процентах.

В резисторах ТКС незначительный и составляет в среднем десятые доли – единицы процента. Собственные индуктивность и емкость. Определяются габаритными размерами, конструкцией и влияют на частотный диапазон применения резисторов.

Функциональные и конструктивные особенности переменных резисторов.

Таких характеристик несколько. Перечислим их.

Функциональная зависимость (кривая регулирования). Кривая, которая показывает зависимость величины сопротивления между подвижным контактом и одним из неподвижных контактов проводящего элемента от угла поворота. По характеру функциональной зависимости переменные резисторы разделяются на линейные и нелинейные. Характер нелинейной зависимости определяется схемными задачами, для решения которых предназначен резистор. Наиболее распространенные нелинейные зависимости — логарифмические и обратно-логарифмические.

Разрешающая способность.

Важная характеристика переменных резисторов, показывающая, какое наименьшее изменение угла поворота подвижной системы резистора может быть различимо.

Ее характеризуют минимально допустимым изменением сопротивления при весьма малом перемещении подвижного контакта. У непроволочных резисторов разрешающая способность теоретически неограниченна и лимитируется дефектами и неоднородностями проводящего слоя, контактной щетки и величиной переходного контактного сопротивления.

Шумы вращения.

При вращении подвижной системы резистора, помимо тепловых и токовых шумов на выходное напряжение, зависящее от угла поворота, накладывается еще одна составляющая — напряжение шумов вращения. Их уровень значительно превышает тепловые и токовые шумы в резисторе и достигает 30 –40 дБ. Шумы вращения особенно характерны для непроволочных потенциометров.

Источниками шумов вращения могут быть: шумы переходного сопротивления, возникающие в результате появления контактной разности потенциалов между щеткой и резистивным элементом; термоэлектродвижущая сила, возникающая от нагрева проводящего элемента при быстром вращении подвижной системы.

<< Предыдущая  Следующая >>

Технические характеристики и маркировка переменных резисторов

Одним из элементов электрической цепи, который имеет неизменяемую (определённую) величину сопротивления электрическому току, является постоянный резистор. В переводе с латинского языка resisto означает «сопротивляюсь». При помощи такой детали происходит линейная трансформация силы тока (I) в напряжение (U) и наоборот. Резистивный элемент может ограничивать величину тока, поглощать энергию электричества. Переменные резисторы позволяют вручную варьировать величину их сопротивления.


Переменные резисторы, внешний вид

Потенциометры

Переменный резистор (ПР) и потенциометр – это два разных определения одного устройства. В начале развития радиоэлектроники считалось, что, изменяя положение подвижного контакта на резистивных катушках, имеющих проволочные обмотки, измеряют разность потенциалов. Поэтому два слова: «потенциал» и «измерение», входят в определение потенциометра. Это и есть переменный резистор. На сегодняшний день таких компонентов электронных и электрических схем множество, и названия их различны. Регулировку напряжения производят потенциометром, а силы тока – реостатом.

Важно! Принцип работы у подобных элементов одинаковый. Они меняют своё выходное сопротивление в зависимости от положения подвижного контакта или щётки, которые приводятся в движение под влиянием внешнего воздействия.

Непроволочные

Резисторы типа СП относятся к композиционным непроволочным элементам. Они имеют следующую конструкцию:

  • основание из изолирующего материала;
  • плёночный, проводящий ток элемент;
  • двигающийся контакт;
  • ось с подвижной системой.

К непроволочным переменным резисторам относятся также СПО, ВК, СПЗ, ТК.

На гетинаксовую пластинку (основание) наносится углеродистая токопроводящая плёнка. Её состав может быть композиционным: бакелитовая смола и сажа. Выводы элемента присоединяются к концам слоя. Для этого на нём нанесена серебряная паста для контактных площадок. В заданных угловых интервалах по плёнке скользит ползунок (подвижный контакт), который приводится в движение от оси резистора.

К сведению. Конец оси отформован для удобства регулировки: шлиц (прорезь) под отвёртку или выборка для закрепления рукоятки.


Устройство непроволочного потенциометра

Сопротивление может меняться при изменении угла поворота. Угол изменяется от 0 до 2500.

Проволочные

В резистивных переменных элементах такого типа вместо токопроводящей плёнки используется высокоомная проволока. Она уложена в один слой виток к витку. По этим виткам скользит контакт.


Строение проволочного переменного резистора

Проволочный потенциометр состоит из следующих элементов:

  • каркас под обмотку;
  • обмотка;
  • узел с осью вращения;
  • подвижная щётка.

Обычно каркасы либо изгибаются из пластин с уже намотанной проволокой, либо её наматывают на кольца. Каркас из пластин выполнен из изоляционного материала или металла.

Внимание! Гнутые основания из пластин не обладают точными геометрическими параметрами, хотя и несложны в изготовлении.

Высокую точность при создании потенциометров получают, используя кольца из керамики, металла или пластмассы. Намотка при этом осуществляется специальным оборудованием – челноком, на котором набрано необходимое количество проволоки. Сама проволока может быть нихромовой, манганиновой с эмалевой изоляцией.

Интересно. Одним из таких материалов для проволоки служит сплав константан (59% Cu; 40% Ni; 2% Mn). Это сплав из меди и никеля с добавкой марганца. Эдвард Вестон изобрёл его в 1888 году для катушек измерительных приборов. Сопротивление константана не зависит от изменения температуры.

Изоляция провода шлифуется на глубину 0,25d. Это необходимо для надёжного соединения щётки с обмоткой при движении.


Внешний вид кромки скольжения

Что такое сопротивление

Резисторы обладают сопротивление, а что такое сопротивление? Постараемся с этим разобраться.

Для ответа на этот вопрос поможет сантехническая аналогия. Под действием силы тяжести или под действием давления насоса, вода устремляется от точки большего давления в точку с меньшим давлением. Так и электрический ток под действием напряжения течет из точки большего потенциала в точку с меньшим потенциалом.

Что может помешать движению воды по трубам? Движению воды может помешать состояние труб, по которым она бежит. Трубы могут быть широкими и чистыми, а могут быть загажены и вообще представлять собой печальное зрелище. В каком случае скорость водного потока будет больше? Естественно, что вода будет течь быстрее если ее движению не будет оказываться никакого сопротивления.

В случае с чистым трубопроводом так и будет, воде будет оказываться наименьшее сопротивление и ее скорость будет практически неизменной. В загаженной трубе сопротивление на водный поток будет значительным, и соответственно скорость движения воды будет не очень.


Резистор с переменным сопротивлением.

Хорошо, теперь переносимся из нашей водопроводной модели в реальный мир электричества. Теперь становится понятно, что скорость воды в наших реалиях представляет собой силу тока, измеряемую в амперах. Сопротивление, которое оказывали трубы на воду, в реальной токоведущей системе будет сопротивление проводов, измеряемое в омах.

Как и трубы, провода могут оказывать сопротивление на ток. Сопротивление напрямую зависит от материала, из которого сделаны провода. Поэтому совсем не случайно провода часто изготавливают из меди, так как медь имеет небольшое сопротивление.

Резистор — это пассивный элемент электрической цепи, обладающий фиксированным или переменным значением электрического сопротивления.

Другие металлы могут оказывать очень большое сопротивление электрическому току. Так для примера, удельное сопротивление (Ом*мм²) нихрома составляет 1.1Ом*мм². Величину сопротивления нетрудно оценить, сравнив с медью, у которой удельное сопротивление 0,0175Ом*мм².

При пропускании тока через материал с высоким сопротивлением, мы можем убедиться, что ток в цепи будет меньше, достаточно провести несложные замеры.

Переменное сопротивление – назначение

Переменные сопротивления главным образом применяются для регулировки громкости в различной бытовой и профессиональной радиоаппаратуре. Можно сказать, что они предназначены для плавного изменения напряжения или тока в различных электросхемах посредством изменения собственного сопротивления. Например, с их помощью можно плавно регулировать яркость свечения электрической лампочки.

Основные параметры ПР

Как любой элемент радиотехнических и электронных технологий, потенциометр имеет свои физические и электрические характеристики. К ним относятся следующие пункты:

  • Rном – номинальное сопротивление (полное), Ом;
  • Pном – номинальная мощность, Вт;
  • Rмин – минимальное значение сопротивления, Ом;
  • функциональный вид изменения сопротивления;
  • стойкость к износу;
  • величина шума при регулировке;
  • габаритные размеры.

Эквивалентное сопротивление

Цена и особенности эксплуатации при влиянии различных внешних факторов также относятся к характеристикам пассивного резистивного двухполюсника.

Номинальное сопротивление

Что касается маркировки переменного резистора, на его корпус наносится цифра величины номинального сопротивления, без указания допустимого отклонения (±30%).

Внимание! Стандартный ряд Rном для российских деталей (по ГОСТ 10318-74) – 1,0; 2,2; 3,3; 4,7 Ом (кОм, Мом). Для импортных элементов – 1,0; 2,0; 3,0; 5.0 Ом (кОм, Мом). Точные данные для отдельных марок можно уточнить в справочнике.

Сопротивление между выводами 1 и 3 называется полным или номинальным.


Маркировка на корпусе

Форма функциональной характеристики

Изменение R между выводами (средним и крайним) может происходить по разному закону. Это носит название функциональной характеристики (ФК). Она может иметь следующие формы:

  • линейную – R меняется прямо пропорционально перемещению бегунка;
  • нелинейную – изменения происходят по заданному порядку.

Выделяют три формы изменения R, которые можно считать основными:

  • линейная – А;
  • логарифмическая – Б;
  • показательная (обратно логарифмическая) – В.

Для каждой из них выведен график, который начертан с учётом угла поворота движка по часовой стрелке.


Графики функциональных характеристик

Элементы, меняющие сопротивление по линейному закону А, употребляются в делителях напряжения. Генераторы звуковой частоты (ГЗЧ) в свою схему включают потенциометры, использующие функциональную характеристику Б. Резисторы с изменяющимся сопротивлением, применимые в аппаратуре для звуковоспроизведения, работают по закону В.

К сведению. Чтобы получить необходимую ФК, меняют компоненты или величину слоя у резистивной плёнки, а в проволочных конструкциях – варьируют шаг намотки или выполняют форму каркаса с разной шириной.

Небольшой срок службы потенциометров связан с нарушением плотности контакта между ползунком и дорожкой (проволокой), что сказывается на качестве работы аппаратуры.

Как выглядит резистор?

В природе встречаются абсолютно различные резисторы. Есть резисторы с постоянным сопротивление, есть резисторы с переменным сопротивлением. И каждый вид резисторов находит свое применение. Что бы раскрыть нашу тему, необходимо рассмотреть основные виды резисторов, ведь всё познаётся в сравнении.

Будет интересно➡ Как рассчитать резистор для светодиода?


Резисторы


Резисторы


Резисторы

Постоянный резистор

Постоянный резистор имеет два вывода и само название говорит о том, что они обладают постоянным фиксированным сопротивлением. Каждый такой резистор изготавливается с определенным сопротивлением, определенной рассеиваемой мощностью.

Рассеиваемая мощность — это еще одна характеристика резисторов, так же, как и сопротивление. Мощность рассеяний говорит о том, какую мощность может рассеять резистор в виде тепла (вы, наверное, замечали, что резистор во время работы может значительно нагреваться).

Естественно, что на заводе не могут изготавливать резисторы абсолютно любые. Поэтому постоянные резисторы имеют определенную точность, указываемую в процентах. Эта величина показывает в каких пределах будет гулять результирующее сопротивление. И естественно, чем точнее резистор, тем дороже он будет. Так зачем переплачивать?

Также сама величина сопротивления не может быть любой. Обычно сопротивление постоянных резисторов соответствует определенному номинальному ряду сопротивлений. Эти сопротивления обычно выбираются из рядов Е3, Е6, Е12,Е24.

Номинальные ряды
E3E6E12E24E3E6E12E24E3E6E12E24
1,01,01,01,02,22,22,22,24,74,74,74,7
1,12,45,1
1,21,22,72,75,65,6
1,33,06,2
1,51,51,53,33,33,36,86,86,8
1,63,67,5
1,81,83,93,98,28,2
2,04,39,1

Как видите резисторы из ряда Е24 имеют более богатый набор сопротивлений. Но это еще не предел так как существуют номинальные ряды E48, E96, E192.

На электрических схемах постоянные резисторы обозначаются эдаким прямоугольником с выводами. На самом условном графическом обозначении может надписываться мощность рассеяния.

Подстроечные резистор

Это приборы, сопротивление которых предполагается изменять редко – при настройке прибора и его регулировке. По характеристикам подстроечный резистор, в принципе, не отличается от переменного, но конструктивные отличия есть. У подстроечных резисторов гораздо ниже износостойкость и механическая прочность (ведь их не нужно постоянно «крутить»), отсутствует удобная ручка (вместо нее может быть обычный шлиц как у винта под отвертку), они могут быть хуже или вовсе не защищены от внешнего воздействия (пыли, влаги). Имеют два и три вывода.

Основная цель подстроечного резистора- изменение или подстройка сопротивления лишь на этапе сборки изделия.

Переменный резистор обладает меньшей точностью нежели постоянный. Это плата за возможность регулировки, в результате которой сопротивление может гулять в некоторых пределах.

Конечно на этапе налаживания изделия может применяться так называемый подборочный резистор. Это обычный постоянный резистор, только при монтаже он подбирается из кучки резисторов с близкими номиналами.

Подбор резисторов имеет место быть, когда требуется регулировка параметров изделия и при этом требуется высокая точность работы (чтобы требуемый параметр как можно меньше плавал). Таким образом нужно чтобы резистор был как можно большей точностью 1% или даже 0,5%.

Так для подстройки параметров схемы чаще всего применяют подстроечные резисторы. Эти резисторы специально придуманы для этих целей. Подстройка осуществляется посредством тоненькой часовой отвертки, причем после достижения требуемой величины сопротивления ползунок резистора часто фиксируют краской или клеем.

Переменные резисторы

Наконец мы подошли к нашей главной теме- переменные резисторы (они же резисторы переменного сопротивления). Название «переменный» говорит само за себя – сопротивление такого прибора можно изменять в процессе эксплуатации тем или иным образом.

Будет интересно➡ Что такое терморезистор?

Вы когда-нибудь обращали внимание на различные «крутилки» в старой аналоговой технике. Например, задумывались ли о том, что вы крутите, прибавляя громкость в старом, возможно даже ламповом телевизоре?

Многие регуляторы и различные «крутилки» представляют собой переменные резисторы. Так же, как и постоянные резисторы, переменные также имеют различную рассеивающую мощность. Однако их сопротивление может меняться в широких пределах.

Переменные резисторы служат для регулирования напряжения или тока в уже готовом изделии. Этим резистором может регулироваться сопротивление в схеме формирования звука. Тогда громкость звука будет меняться пропорционально углу поворота ручки резистора. Так сам корпус находится внутри устройства, а та самая крутилка остается на поверхности.

Более того, бывают еще и сдвоенные, строенные, счетверенные и так далее переменные резисторы. Обычно их применяют, когда нужно параллельное изменение сопротивления сразу в нескольких участках схемы.

Второе название таких резисторов – «потенциометры». Используются они настолько широко, что перечисленные выше примеры лишь верхушка айсберга. Регуляторы громкости и тембра, регуляторы частоты, яркости, скорости и т.д.

Основные компоненты

Состоит из двух основных компонентов: резистивного слоя и ползунка. Резистивный слой имеет на своих концах контакты. Сопротивление между этими контактами и определяет сопротивление переменного резистора. Резистивный слой изготавливается из углерода, металлокерамики или может быть в виде проволочной катушки (резистор переменный проволочный). Проволочные переменные резисторы могут быть довольно приличной мощности.

Ползунок передвигается по этому слою, имея с ним электрический контакт. При этом ползунок тоже имеет свой вывод. В процессе движения ползунка от одного крайнего положения до другого изменяется сопротивление между ним и крайними контактами переменного сопротивления.

Переменные сопротивления обычно бывают поворотные, т.е. шток резистора надо крутить. Но бывают также и ползунковые переменные резисторы. В них резистивный слой в виде прямой линии и ползунок движется по нему прямо. Поэтому и шток такого резистора надо двигать, а не крутить.

Как правило, у переменного резистора три выхода. Так же переменные резисторы бывают и с двумя выводами – их еще называют «реостатами». А чтобы разобраться с трехногим прибором, взглянем на рисунок ниже.


Слева – условное обозначение резистора, справа – его схема «внутренностей». Выводы 1 и 2 – выводы обычного резистора постоянного номинала, указанного на корпусе прибора. Сопротивление создает специальное покрытие, нанесенное на «подковку» между этими выводами. Тут никаких фокусов – все честно. А вот вывод 3 подключен к подвижной пластине (движку), которая двигается по этой самой подковке и соприкасается с ней.

Если мы будем крутить ручку, то сопротивление между выводами 1 и 3 будет меняться от 0 до номинала, указанного на корпусе прибора. То же самое произойдет и между выводами 2 и 3, но «вверх ногами». Когда сопротивление между 1 и 3 увеличивается, между 2 и 3 уменьшается и наоборот. Для чего это сделано мы разберем позже, пока воспримем это как факт, причем, факт очень удобный, как мы убедимся.

Переменный резистор с выключателем

В случае использования переменных резисторов в качестве регулятора громкости, например, в радиоприёмнике, часто используют переменные резисторы с выключателем. Т.е. регулятор громкости совмещён с выключателем напряжения питания радиоприёмника. Как это работает: в крайнем положении регулятора, когда он соответствует минимальному значению громкости, выключатель питания выключен и устройство, в данном случае радиоприёмник, тоже выключено.

Будет интересно➡ Что такое фоторезистор?

Чтобы его включить, надо начать поворачивать регулятор в сторону увеличения громкости. Произойдёт небольшой щелчок – выключатель включится и дальнейший поворот регулятора приведёт к увеличению громкости звучания приёмника. В дальнейшем, чтобы выключить устройство, надо повернуть ручку громкости до минимума звука, а затем ещё чуть-чуть до характерного щелчка, означающего что выключатель сработал и устройство выключено.


Сдвоенный переменный резистор

Сдвоенный переменный резистор – ещё одно исполнение данных устройств. В общем случае, такие сдвоенные резисторы предназначены для одновременного изменения сопротивления в разных независимых частях схемы или вообще в разных устройствах.

Самое частое применение сдвоенных переменных резисторов – звуковые стереофонические усилители мощности, где необходимо регулировать громкость одновременно в двух каналах: правом и левом.

Такие резисторы имеют две резистивные дорожки, каждая со своими выводами и со своим ползунком, и один общий шток, который двигает сразу оба ползунка.

Некоторые переменные сопротивления разработаны для установки сразу на печатную плату и их контакты запаиваются непосредственно в схему. Другие предназначены для установки в корпус радиоаппаратуры, в предварительно просверленное отверстие и крепятся там при помощи гайки. В схему такие сопротивления запаиваются уже при помощи проводов. На корпусе пер. сопротивлений наносится значение его сопротивления и мощности.

Обозначение переменных резисторов на схемах

Резистор — что это такое и для чего нужен

Графический вид потенциометра являет собой обозначение прямоугольника, имеющего выводы, с упирающейся в него чертой со стрелкой. В импортном исполнении вместо прямоугольника – зигзагообразный отрезок, изображающий витки проволоки. Такое обозначение можно встретить при расчётах величины R при использовании онлайн-калькулятора.


Графическое обозначение на схемах

Подстроечные резисторы

Сопротивление резистора — формула для рассчета

Маркировка подстроечных резисторов такая же, как и у переменных. Подобные потенциометры применяются для ограниченного количества вращений оси движка. Их употребление связано с регулировкой аппаратуры и электронных схем в режиме настройки, там, где необходимо подстроить определённые параметры в нужном интервале и зафиксировать полученное значение сопротивления.


Внешний вид и графическое обозначение

Включение переменных резисторов в электрическую цепь

Схема присоединения подобных резистивных элементов зависит от того, в качестве чего они используются. Различают два вида подключения к схемам:

  • как реостат – регулируемый резистор для ограничения тока;
  • как потенциометр – для деления напряжения (делитель).

В первом случае берут средний и крайний вывод, во втором – средний и оба крайних.

Внимание! При включении реостатом второй свободный вывод припаивают к среднему для обеспечения более надёжного контакта.

Способы производства

Переменный резистор может быть двух типов: проволочным и пленочным. У проволочных на диэлектрическую трубку намотана проволока, вдоль нее перемещается металлический передвижной контакт — ползунок. Его местоположение и определяет сопротивление элемента. Витки проволоки уложены вплотную друг к другу, но они разделены слоем лака с высокими диэлектрическими свойствами.

Ползунковые переменные резисторы проволочного типа

Переменные проволочные резисторы — это необязательно трубка с намотанной на нее проволокой как на фото выше. Такие элементы выпускались в основном несколько десятков лет назад. Современные мало чем отличаются от пленочных, разве что корпус чуть выше, так как проволока все-таки занимает больше места, чем пленка.

Со снятой крышкой видна проволочная спираль и бегунок

У пленочных переменных резисторов на диэлектрическую пластину (обычно выполнена в виде подковы) нанесен слой токопроводящего углерода. В этом случае контакт тоже подвижный, но он закреплен на стержне в центре подковы и чтобы изменить сопротивление, надо повернуть стержень.

Пленочный регулируемый резистор

Регулировочное переменное сопротивление может быть и проволочным, и пленочным, а подстроечные, в основном, делают пленочными. Есть у них внешнее отличие: нет стержня с ручкой, а есть плоский диск с отверстием под отвертку. Сопротивления этого типа используются только для наладки параметров при пуске или техническом обслуживании аппаратуры.

Переменные резисторы SMD

Кроме способа производства есть еще две формы выпуска: для обычного навесного монтажа и SMD-элементы для поверхностного монтажа. SMD резисторы отличаются миниатюрными размерами, выполнены по пленочной технологии.

Определение вида по маркировке

Маркировка принята в соответствии с ГОСТ 11. 074.009-78 и имеет свою расшифровку.

Обозначение буквенно-цифровых меток резисторов (слева направо) следующее:

  • буквы РП – переменный;
  • цифры: 1 – непроволочный, 2 – проволочный или из металлофольги;
  • номер регистрации;
  • год выпуска;
  • тип ФХ;
  • величина номинального сопротивления;
  • буква допуска отклонения от номинала.

Количество нанесённых знаков зависит от размера корпуса, но значение Rном присутствует обязательно.


Расшифровка маркировки на корпусе

Переменные резисторы могут быть разного конструктивного исполнения. Допускается на одной оси устанавливать несколько переменных резистивных элементов. С помощью них производят регулировку и подстройку многих электрических параметров.

Разновидности резисторов

Сегодня существует большое количество резисторов, которые встречаются в современных бытовых электроприборах. Можно выделить следующие виды:

  • Резистор металлический лакированный теплостойкий. Его можно встретить в ламповых приборах, которые имеют мощность не меньше чем 0,5 ватта. В советской аппаратуре можно отыскать такие резисторы, которые выпускали в начале 80-х годов. Они имеют разную мощность, которая напрямую зависит от размеров и габаритов радиоаппаратуры. Когда на схемах нет условного обозначения мощности, тогда разрешается использовать переменный резистор в 0,125 ватта.
  • Водостойкие резисторы. В большинстве случаев их находят в ламповых электроприборах, которые производились в 1960 году. В черно-белом телевизоре и радиолах обязательно встречаются эти элементы. Их маркировка очень похожа на обозначение металлических резисторов. В зависимости от номинальной мощности они могут иметь разные размеры и габариты.

Сегодня широко используется общепринятая маркировка резисторов, которые разделены на разные цвета. Таким образом, можно быстро и легко определить номинал без использования пайки схемы. Благодаря цветовой маркировке можно значительно ускорить поиск необходимого резистора. Сейчас производством таких элементов для микросхем занимается большое количество зарубежных и отечественных фирм.

Видео


Кофе капсульный Nescafe Dolce Gusto Капучино, 3 упаковки по 16 капсул

1305 ₽ Подробнее


Кофе в капсулах Nescafe Dolce Gusto Cappuccino, 8 порций (16 капсул)

435 ₽ Подробнее

Аккумуляторные батарейки

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)

IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) обеспечивает высокую скорость переключения, необходимую для работы ЧРП с ШИМ. IGBT способны включаться и выключаться несколько тысяч раз в секунду. VFD IGBT может включаться менее чем за 400 наносекунд и выключаться примерно за 500 наносекунд. VFD IGBT состоит из затвора, коллектора и эмиттера. Когда на затвор подается положительное напряжение (обычно +15 В постоянного тока), IGBT включается. Это похоже на замыкание переключателя.Ток будет течь между коллектором и эмиттером. VFD IGBT выключается снятием положительного напряжения с затвора. В выключенном состоянии напряжение затвора IGBT обычно поддерживается на небольшом отрицательном уровне (-15 В постоянного тока), чтобы предотвратить включение устройства.

Во всех современных частотно-регулируемых приводах используются силовые устройства, известные как биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). Эти устройства позволяют свести к минимуму раздражающие звуковые шумы за счет использования частот переключения за пределами слышимого диапазона. К сожалению, частотно-регулируемые приводы, использующие IGBT, представляют собой высокий потенциал для создания RFI – радиочастотных помех.Быстрое переключение в этих устройствах генерирует сигналы с острыми краями и высокочастотными компонентами, которые генерируют больше радиопомех. Наиболее вероятная жалоба – это помехи для радиостанций АМ-диапазона 500-1600 кГц. Тем не менее, чувствительные компьютеры, медицинское оборудование и другие чувствительные к шуму устройства, использующие одну и ту же шину питания, могут испытывать серьезные помехи.

В крайних случаях сам ЧРП может испытывать электрические шумовые помехи (как уменьшить шум?). Если оборудование машинного отделения лифта неправильно размещено и неправильно подключено, электрические помехи, распространяемые системой частотно-регулируемого привода лифта, могут мешать работе контроллера лифта.

Примером может служить здание без надежной системы заземления, где система частотно-регулируемого привода столкнулась с многочисленными проблемами. Было обеспечено надежное заземление, чтобы устранить многие проблемы с электрическими шумами, однако сам частотно-регулируемый привод подвергался влиянию неустановленных источников шума.

Прокладка полевой проводки подрядчика к контроллеру была проверена, и было обнаружено и исправлено несколько недостатков. Впоследствии было установлено, что понижающий силовой/изолирующий трансформатор, необходимый для данного конкретного применения, физически располагался слишком близко к передней панели контроллера.При открытой дверце контроллера трансформатор создавал помехи, которые влияли на управляющие микрокомпьютеры. Решением было размещение экрана между трансформатором и контроллером, хотя другие методы также могли сработать.

Регулятор напряжения на транзисторе – Envirementalb.com

Регулятор напряжения в электрических цепях, используется для изменения уровня выходного сигнала. Его основное назначение – изменение мощности, подаваемой на нагрузку. С помощью прибора регулируют скорость вращения электродвигателей, уровень освещенности, громкость звука, нагрев приборов.В радиомагазинах можно купить готовое изделие, а вот сделать регулятор напряжения своими руками несложно.

Компоненты

Транзистор

Переменный резистор

Простые схемы

Для управления выходным напряжением маломощных устройств можно собрать простой регулятор напряжения на 2-х деталях. Все, что вам нужно, это транзистор и переменный резистор. Работа схемы проста: с помощью переменного резистора происходит индукция (отпирание транзистора).

Если управляющий вывод резистора находится в нижнем положении, то напряжение на выходе схемы равно нулю. А если выход переместится в верхнее положение, то транзистор станет максимально открытым, а уровень выходного сигнала будет равен напряжению источника питания за вычетом падения разности потенциалов на транзисторе.

При изменении сопротивления регулируется выходное напряжение. В зависимости от типа транзистора меняется и схема включения.Чем меньше номинал переменного резистора, тем плавнее регулировка. Недостатком схемы является чрезмерный нагрев транзистора, поэтому чем больше разница между V вх и V вых, тем сильнее он будет греться.

Можно использовать любой транзистор, но полный транзистор типа (2sc5200) даст полный результат и не сгорит. Вы можете управлять напряжением до 56 В, используя транзистор 2sc5200.

Вот на этой диаграмме мы можем видеть, как сделать диаграмму? Давайте посмотрим видео для создания этого проекта.как сделать регулятор напряжения на транзисторе.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

транзисторов

транзисторов

В этой статье рассматриваются некоторые основные понятия о транзисторах.

Биполярные переходные транзисторы (BJT)

Если вы выращиваете немного кремния N-типа, а затем выращиваете немного кремния P-типа поверх это, вы получаете кремниевый диод (см. статью о диодах для более подробной информации). если ты затем вырастите слой кремния N-типа поверх кремния P-типа, вы получите NPN устройство. Это называется биполярным переходным транзистором (BJT).Вы также можете вырастить сначала немного кремния P-типа, затем немного кремния N-типа, а затем немного P-типа кремния, чтобы сделать транзистор PNP. Транзисторы NPN и PNP работают довольно хорошо почти так же, но с противоположной полярностью.

Вы можете подумать, что диод — это PN-переход, и если бы я подключил два из них спина к спине, тогда у меня будет NPN, верно? Ну, не совсем. За много причин, которые трудно объяснить, не углубляясь в какую-нибудь мерзкую физику, имеет большое значение, выращивается ли кремний с одним типом прямо на поверх другого или если он просто соединен металлическим проводником.Так что нет, ты не можешь из двух диодов сделать транзистор. Извиняюсь.

BJT — это изящное маленькое устройство, о котором вы почти можете думать как переменный резистор с электронным управлением (отсюда и название ТРАНЗИСТОР). К сожалению, BJT – сложные маленькие жучки, и вы можете очень быстро попасть в какую-то чрезвычайно уродливую физику с такими вещами, как большинство и меньшинство носители заряда, уровни Ферми и уравнения, содержащие достаточное количество греческих букв, чтобы задушить лошадь.Это слишком много математики для типичного любителя, так что я попробую чтобы избежать большинства уродливых вещей в этом обсуждении.

Начнем с типичной транзисторной схемы. Это называется общим конфигурации эмиттера, потому что эмиттер заземлен (очевидно, не так ли? Эмиттер подключен к общему, так что это общий эмиттер конфигурация…).

Транзистор имеет три вывода: коллектор, эмиттер и базу. если ты начните без тока, втекающего в базу, не будет тока течет через резистор.По мере увеличения тока, входящего в базу, в конце концов ток начинает течь между коллектором и эмиттером. Как ток в базе увеличивается, поэтому увеличивается ток, протекающий от коллектора. к излучателю, и для очень большого диапазона вы получите довольно линейную соотношение между током в базе и током от коллектора к эмиттер. Если умножить ток в базе на некоторое число (называемое усиление или бета транзистора) вы получаете ток, протекающий от коллектора к излучателю.В конце концов, однако, вы достигаете точки, когда вы подаете больше тока. в базу, и вы не получите больше тока от транзистора.

Это в основном означает, что у транзистора есть три области работы. Первый называется отсечкой, когда ток не течет от коллектора к эмиттер. Вторая область называется прямой активной областью. Это большая линейная площадь. Третья область, где вы больше не получаете ток, это называется насыщением.

Существует два основных способа использования транзистора: (1) аналоговое устройство или (2) в качестве цифрового переключателя. Если вы используете его как аналоговое устройство, обычно хотят держать транзистор в прямой активной области. Если ты используя его в качестве переключателя, вы хотите, чтобы транзистор либо находился в состоянии насыщения, либо отсечка (либо включена, либо выключена, по существу).

BJT в качестве переключателя

Добавим резистор к нашему выше цепь, как показано.Этот резистор используется для ограничения тока, поступающего в базу. Теперь давайте посмотрим на то, что мы сделали. Транзистор и подтяжка резистор сделать своего рода делитель напряжения. Если на входе цепи низкий уровень напряжения (логический 0), то в базу не будет тока и транзистор будет в отсечке. Следовательно, транзистор не будет иметь никакого тока. течет от коллектора к эмиттеру, так что это выглядит как чрезвычайно высокое импеданс делителя напряжения, и, следовательно, выход схемы будет в основном +5 (логическая 1).Если на вход подать логическую 1 (+5 вольт), то транзистор включится, и если мы выбрали наш базовый резистор небольшим достаточное значение, тогда будет протекать достаточный ток, чтобы полностью управлять транзистором в насыщение. Транзистор открывается, и, поскольку ток течет, он похоже на очень низкое сопротивление. Помните из ваших уравнений делителя напряжения что это приводит к тому, что выход схемы падает до очень низкого значения (по существу логический 0).

Итак, если мы поместим логический 0 на вход, мы получим логическую 1 на выходе, и если на вход ставим логическую 1, на выход получаем логический 0.Мы только что создали ТТЛ инвертор. Поместите шесть из них в пакет IC, и вы получите шестигранник 7404. микросхема инвертора.

Значения резисторов не критичны. Вы хотите, чтобы базовый резистор быть достаточно низким, чтобы полностью перевести транзистор в режим насыщения, но не настолько низким, что вы пропускаете слишком большой ток в базу и повреждаете транзистор (у вас довольно широкий диапазон между этими двумя точками). Значение для подтягивающий резистор немного зависит от того, какую нагрузку вы ожидаете диск от выхода и ток насыщения для транзистора.

BJT как аналоговое устройство

Давайте еще раз изменим нашу схему, добавив еще два резистора. В этой цепи R1 и R2 образуют напряжение делитель, который подает определенное количество тока на наш транзистор. Мы хотим выбрал R1 и R2 так, чтобы транзистор был точно посередине его вперед активная область, когда нет входного сигнала. Если мы все сделали правильно, выход схемы будет ровно посередине между +V и GND. Когда мы меняемся входной сигнал, выход схемы будет идти вверх и вниз от этого средней точке, пока мы остаемся в передней активной области транзистора.Для например, если мы увеличим входное напряжение, то выходное напряжение уменьшится поскольку транзистор включается немного больше и проводит немного больше между коллектор и эмиттер (помните, как и в приведенной выше цифровой схеме, мы по-прежнему используется транзистор в цепи делителя напряжения). Важный Дело в том, что мы можем получить довольно большое изменение выходного напряжения за довольно небольшое изменение входного напряжения, что делает эту схему усилителя довольно хорошей.

В цифровой схеме номиналы резисторов были не такими уж критичными. Этот это не так в нашей аналоговой схеме. Резистор базы сильно влияет на ток идет в базу, и так как мы не управляем транзистором либо в отсечку, либо в насыщение, это оказывает большое влияние на ток коллектор-эмиттер, который, в свою очередь, влияет на выходное напряжение схема. Значения R1 и R2 имеют решающее значение для нахождения средней точки передняя активная область (эта точка называется точкой покоя или Q-точкой).Если наш делитель напряжения слишком низкий или слишком высокий, тогда выход не будет центрирован вокруг точки Q, что уменьшает диапазон, в котором может колебаться выходной сигнал до достижения либо отсечки, либо насыщения.

В качестве практического усилителя (скажем, в качестве предусилителя звука) вам нужно добавить конденсаторы и на вход и на выход. Это потому что мы всегда есть напряжение на входе в результате нашего делителя напряжения R1 и R2 (называется напряжением смещения, так как оно смещает сигнал, поступающий в транзистор).Аналогично, когда в цепь не поступает сигнал, имеем также смещение на выходе (на полпути между +V и землей, как уже упоминалось над). Конденсаторы на входе и выходе будут отфильтровывать смещения постоянного тока и будут передавать только сигналы переменного тока, что предотвращает смещение от этой стадии схему от воздействия на другие этапы в нашей аналоговой схеме. Этот тип усилитель также не годится для конечного выходного каскада схемы, так как транзистор всегда включен (и, таким образом, потребляет много энергии), даже если нет ввода.Если вы ведете большую нагрузку (например, 30-ваттный стереодинамик) это тратит впустую много энергии и генерирует много нежелательного тепла.

Жизнь? Бета? Почему вдруг все говорят по-гречески?

Довольно часто, когда вы смотрите на характеристики транзистора, вы видите один, который называется hfe. (обычно пишется строчной буквой h с маленьким индексом fe). H-параметры — это всего лишь способ моделирования устройства. Вы относитесь к устройству как к таинственный черный ящик и использовать набор гибридных параметров (также известных как h-параметры) для опишите, что делает загадочное устройство.H-параметры нам очень пригодятся инженеры, которые, по мнению некоторых людей, тратят слишком много времени на составление уравнений с Греческие буквы на листах бумаги. На самом деле, h-параметры весьма полезны для моделирование всего, не только транзисторов.

Любители, как правило, не заботятся о математическом моделировании их транзисторы, поэтому я не буду вдаваться в подробности h-параметров. жизнь, это оказывается, это просто коэффициент усиления по току транзистора (пока он находится в передняя активная область, то есть).Возьмем наш типичный общий эмиттер усилитель сверху. Все, что вам нужно сделать, это выяснить, что такое ток течет от базы к эмиттеру, умножьте его на hfe, и вуаля! У тебя есть только что выяснил, какой ток течет от коллектора к эмиттеру.

Бета, когда используется для описания транзистора, говорит точно о том же вещь, текущий выигрыш.

Модели схемы с общим эмиттером

Общая базовая конфигурация

Полевые транзисторы (FET)

Эксперимент: проектирование схемы транзистора


Процедура

Примечание: Эта схема была разработана, когда мы только учились обучать работу транзистора.Теперь, когда мы поумнели, мы знаем, что ниже в математике с расчетами фильтра есть некоторые ошибки. Мы изменим эту схему, когда позволят время и ресурсы, но обратите внимание, что схема все еще работает (может усиливать всплески).

Все, что вам нужно для сборки усилителя, — это транзистор, источник питания, несколько резисторов и несколько конденсаторов. Есть много способов смешивать их вместе, что является искусством (Стив Джобс часто называл компоновку схем «цифровым искусством»), но мы дадим вам некоторые основные условия и допущения для работы, а затем проведем вас через проектирование вашей самой схемы. первый простой био-усилитель!

Существует несколько конфигураций с использованием NPN-транзисторов, но мы будем использовать «конфигурацию с общим эмиттером», поскольку она позволяет получить высокий коэффициент усиления по напряжению.Почему его называют «усилитель с общим эмиттером»? – потому что база – это вход, коллектор – выход, а “общий” или земля – ​​эмиттер.

Как и любой прилежный инженер, давайте начнем с «требований», что является скучным способом сказать: «что мы хотим, чтобы эта машина на самом деле делала». Для нашего биоусилителя мы хотим «усилить» очень слабые электрические сигналы в нервах тараканов. Давайте нацелимся на «усиление» 150 или увеличение амплитуды сигнала в 150 раз. Мы также хотим ограничить то, что мы усиливаем, чтобы гарантировать, что мы обращаем внимание только на всплески (потенциалы действия), а не на другие электрические сигналы, такие как электрический шум из вашего дома.Итак, как и настоящий SpikerBox, мы хотим измерять только сигналы с компонентами выше 300 Гц (циклов в секунду). Это также называется «высокочастотным» сигналом.

Таким образом, у нас есть два требования

  1. Прирост 150.
  2. Настройка фильтра: фильтр верхних частот 300 Гц.

Теперь вернемся к искусству дизайна электроники. Мы основываем наш усилитель на очень хорошей книге «Практическая электроника для изобретателей» Пола Шерца.

Запчасти
В дополнение к тараканам, кабелю и электроду, упомянутым выше, вам необходимо посетить местный дружественный RadioShack, чтобы получить:
  1. два NPN-транзистора (2N4401) — из набора образцов транзисторов
  2. четыре 4. Резисторы 7 кОм – из набора образцов резисторов
  3. четыре резистора 1 кОм из той же упаковки образцов
  4. один резистор 50 Ом из той же упаковки образцов
  5. два конденсатора по 1 мкФ
  6. четыре конденсатора по 10 мкФ
  7. перемычка
  8. макетная плата без пайки
  9. a Коннектор батареи 9В
  10. батарея 9В
  11. штекер RCA
  12. Динамик RadioShack (мы любим такие штуки)
Вам также понадобится небольшой кусок пробки или пенопласта, чтобы положить на него ногу таракана.

Проектирование схемы

Резисторы эмиттера и коллектора

Поскольку мы будем использовать батарею на 9 В, а наши шипы имеют как положительную, так и отрицательную составляющую:

Мы хотим, чтобы нейронный сигнал шел поверх +4,5 В, чтобы у нас было достаточно «комнаты» напряжения для усиления как отрицательной, так и положительной частей сигнала. Таким образом, необходимо, чтобы V c или напряжение на коллекторе составляло 1/2 V cc (это сбивает с толку, но Vcc означает «общий ток» или, в более общем смысле, наш источник питания 9 В). Таким образом, нам нужно поставить резистор на V c , чтобы установить V c = 1/2 V cc , и мы используем закон Ома V=IR, который мы можем переписать как:

I c – это ток через коллектор и функция транзистора (для его расчета используйте паспорт транзистора). Мы будем использовать значение 1 мА для I c .

4,7 кОм — стандартное значение для пакета резисторов, поэтому мы будем использовать 4,7 кОм для R c

.

Коэффициент усиления нашей схемы составляет ΔV c / ΔV e , что равно отношению R c / R e .

Мы уже установили R c = 4,7 кОм, а R e уже встроены в транзистор. Его R e называется транссопротивлением, которое рассчитывается как:

I e примерно такой же, как I c , поэтому поперечное сопротивление, таким образом, составляет 26 Ом.

Мы можем рассчитать прибыль следующим образом:

Однако транссопротивление в транзисторе может быть нестабильным, поэтому нам нужно добавить свое R в дополнение к транссопротивлению. Шерц рекомендует V e на 1 В для стабилизации нестабильности транссопротивления, поэтому по закону Ома:

Но обратите внимание, что добавление этого R в схему:

У нас будет изменение в усилении. Новая прибыль:

о нет! Наш первоначальный прирост 180 исчез! И наш прирост теперь гораздо меньше, чем нам нужно! Но, не бойтесь, мы можем добавить конденсатор параллельно резистору 1 кОм, который эффективно заставит 1 кОм исчезнуть для нашего пикового сигнала.Мы все равно хотим добавить конденсатор, так как нам нужно сделать:

Фильтр верхних частот

Резистор и конденсатор, соединенные параллельно, действуют как фильтры верхних частот, и, как указано выше, мы хотим, чтобы наши высокие частоты были равны 300 Гц. Это легко вычислить.

У нас уже есть R = 1 кОм, а f должна быть 300 Гц, поэтому емкость конденсатора составляет 20 мкФ.

Все, что осталось, — это входной конденсатор, чтобы устранить любое смещение постоянного тока во входном сигнале и сохранить стабильность нашей схемы. Давайте просто установим его на 1 мкФ.

Настройка напряжения смещения

Помните из нашей теории транзисторов, что транзистор не включится без толчка нижнего предельного напряжения, а это примерно 0,6 В для схем на основе кремния. Нам нужно добавить резисторы смещения.

Мы хотим, чтобы V b , напряжение на базе, было на 0,6 В выше, чем напряжение на V e , поэтому

Мы знаем, что V e равно 1 В из-за падения напряжения, рассчитанного выше, поэтому V b должно быть равно 1.6В. Делаем делитель напряжения!

Наш V в составляет 9 В, а наш V в составляет 1,6 В, и мы используем классическое уравнение делителя напряжения:

Мы можем изменить уравнение и вычислить…

Таким образом, R1 должен быть примерно в 4,6 раза больше, чем R2. Звучит достаточно просто, но, как правило, для этой конструкции транзистора:

Итак, мы просто выберем R2 = 1 кОм и R1 = 4,7 кОм в качестве значений, так как мы уже используем эти номиналы резисторов и имеем их под рукой.

И это все! Теперь пришло время…

Построить цепь

Вы сделали математику, и теперь пришло время физически построить вашу схему. Поместите батарею, транзистор, резисторы, конденсаторы и компоненты ввода/вывода на макетную плату, как показано ниже:

Рассмотрим схему на макетной плате поближе:

Вставьте электроды в ногу таракана, как вы делали в предыдущих экспериментах, и подключите динамик к цепи.Поверните динамик до упора и почистите лапку таракана зубочисткой. Вы можете услышать очень слабый ответ, но он будет скрыт в шуме. Давайте усилим шипы еще немного. Вы можете создать «вторую ступень» усиления, как мы это делаем с нашим обычным SpikerBox, где выход схемы поступает на вход другой копии схемы, как показано ниже:

Однако вы обнаружите, что это «удвоение» делает схему немного нестабильной, поэтому давайте немного уменьшим усиление на втором каскаде.Мы добавили резистор 50 Ом параллельно с резисторами R и , чтобы немного снизить коэффициент усиления второго каскада, но по-прежнему будут создавать более громкие всплески, когда вы подключите эту схему к ноге таракана. Смотрите видео ниже.

Теперь вы построили свой собственный усилитель на транзисторах! Поздравляем! Дайте нам знать, если вы нашли способ сделать схему проще, чище и с большим усилением.

Обсуждение

Вы находитесь на пути к изобретению многих других замечательных вещей.История науки определяется изобретением нового оборудования в руках творческих умов. Телескоп позволяет видеть предметы очень далеко. Микроскоп позволяет увидеть очень маленькое. Аппарат ПЦР позволяет измерять молекулы ДНК, а транзистор позволяет наблюдать крошечные электрические сигналы. С помощью этих инструментов мы можем видеть и пытаться понять мир за пределами возможностей наших невооруженных чувств. Теперь начните открывать.

Вопросы для обсуждения

  1. Почему шипы от нашего простого двухтранзисторного биоусилителя “шумнее”, чем от SpikerBox? Что делает SpikerBox? Подсказка: SpikerBox имеет гораздо больше транзисторов и использует их для создания операционных усилителей, которые затем смешиваются в инструментальные усилители. Добро пожаловать в искусство электроники!

Транзистор Переменный блок питания 1А, 0-30В с печатной платой

Я покажу вам старую интересную схему. Никаких микросхем, никакого стабилитрона. Но это также постоянное напряжение .

Это простой проект регулируемого источника питания на транзисторах, 0-30В 1А.

Зачем нам это делать?

Это небольшая цепь, дешевая, и ее легко купить.

Принцип работы

Посмотрите, в схему включены 2SC1061 и маленькие транзисторы в качестве основного.Он будет контролировать ток до 1 А.


Принципиальная схема переменного источника питания 0-30В 1А с использованием транзисторов

Также еще несколько компонентов. Вы можете отрегулировать выходное напряжение с помощью VR1.

Таким образом, он подходит для изучения базового переменного регулятора.

Если вам нужен более высокий ток и эффективность.

Что еще?

Детали

ИС (интегральные схемы) так популярны в наш век электроники. Потому что они маленькие, легкие и, возможно, дешевле.Но кому-то это может не понравиться.

Им нравятся транзисторные схемы . Потому что, когда он сломан. Мы можем отремонтировать его, заменив всего несколько деталей. Так что это так экономит деньги.

Но если микросхема. Нам нужно изменить IC.

Возможно, это дорого или мы не можем купить его в местных магазинах.

Эта схема представляет собой последовательный режим регулятора, поэтому она имеет высокий КПД.

В первую очередь в цепь поступает сеть переменного тока. Течет на нерегулируемую секцию постоянного тока .К ним относятся T1, D1, D2, D3, D4 и C1. Подробнее о нерегулируемом источнике питания постоянного тока вы можете прочитать .
Теперь напряжение на C1 составляет около 33 В постоянного тока.

Затем слабый ток поступает на базу Q1 через R1 — токоограничивающий резистор —. Поскольку Q1 и Q3 являются транзисторами эмиттерного повторителя пары Дарлингтона. Это заставляет Q1 и Q3 работать с высоким током.

Некоторый ток проходит через R5 к D5. Напряжение на нем постоянное напряжение , 0,6В.

Через резисторы R3, VR1 и R4 протекает даже небольшой ток.Они представляют собой схему делителя напряжения.

VR1, отрегулируйте выходное напряжение. Когда мы настраиваем VR1 для управления током смещения транзистора Q2- BC337 . Он будет управлять током смещения на базе управляющего транзистора Q1.

Для управления Q1 (мощный транзистор) работает с полным током, с регулируемым выходным напряжением от 0 до 30 В.

Рекомендую: 0-20V 1A Регулируемый DC DC

Список покупок

8

0,25 R 3, R1, R2: 10K
R3, R4: 100 Ом
Конденсаторы
C1: 2200 μF 50V Электролитический
C2, C3: 100 мкФ 50 В электролитические
1 Полупроводники Q1, Q2: BC337, 50 В 800 мА NPN транзистор
Q3: 2SC1061 или TIP41 или H2061 или MJE3055, 50V 4A NPN транзистор
D1-D5: 1N4002, 100V 1A Диод
Прочее
VR1: потенциометр 10K
T1: трансформатор 24 В, 1 А

Создание этого проекта

Сначала соберите все компоненты в макет печатной платы, показанный ниже. Хотя это небольшая цепь. Но всегда будьте осторожны.

Схема печатной платы простого переменного источника питания 0–30 В, 1 А

Во-вторых, введите питание в цепь. Затем с помощью вольтметра измеряют выходное напряжение.

В-третьих, настройте VR1, затем посмотрите на счетчик, который должен меняться по мере того, как мы его настраиваем.

В-четвертых, проверьте подключение нагрузки к цепи. Выходное напряжение должно быть постоянным, не изменяться.

Не забудьте. Q3-C1061 должен иметь надлежащий радиатор.

Вот несколько сообщений по теме, которые могут оказаться полезными:

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь, чтобы электроника Обучение было легким .

Патент США на транзистор высокой плотности с переменной работой выхода. Патент ПЗУ (Патент № 6,417,548, выдан 9 июля 2002 г.)

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область изобретения

Настоящее изобретение относится к хранению информации путем изменения рабочих характеристик транзистора в массиве транзисторов памяти и, в частности, к постоянному запоминающему устройству (ПЗУ).

2. Описание предшествующего уровня техники

Возникают трудности при попытке увеличить плотность хранения ПЗУ с масками, следуя обычным стратегиям. Выравнивание во время программирования ПЗУ маски важно для правильного хранения информации в ПЗУ маски. Трудности, возникающие при достижении точного выравнивания в производственной среде, затрудняют дальнейшее уменьшение размера полевых транзисторов, используемых при формировании ПЗУ маски, при сохранении приемлемого выхода.Некоторые трудности, связанные с уменьшением размера ПЗУ маски, обсуждаются ниже.

Часть ПЗУ 10 маски схематично показана на фиг. 1, как включающая в себя параллельный массив словесных линий WL и параллельный массив битовых линий BL. Программирование ПЗУ 10 выполняется путем выбора рабочих характеристик элементов схемы, расположенных на пересечениях между словесными линиями WL и битовыми линиями BL. В проиллюстрированном ПЗУ полевые транзисторы (FET), имеющие сток, соединенный с битовой линией BL, и затвор, соединенный с линией слов WL, расположены в каждом из пересечений между линиями слов и линиями битов.Запоминание информации осуществляется подбором пороговых напряжений полевых транзисторов, образующихся на каждом из пересечений. Логический ноль может храниться на пересечении WL0 и BL0, заставляя полевой транзистор 12 иметь относительно низкое пороговое напряжение; логическая единица может быть сохранена на пересечении 14 линии слов WL0 и линии битов BL1, заставляя полевой транзистор в этом месте иметь относительно высокое пороговое напряжение.

Операции чтения данных состоят из подачи потенциала как на линию слов, так и на линию битов, связанных с конкретным пересечением или ячейкой памяти, и могут измерять потенциал на линии битов, чтобы определить, имеет ли транзистор низкое пороговое напряжение.Например, если в выбранной ячейке памяти присутствует полевой транзистор с низким пороговым напряжением, потенциал, приложенный к затвору выбранного полевого транзистора, снимает заряд с битовой линии, уменьшая потенциал на битовой линии до уровня, который считывается как логический ноль. В этом примере, если в выбранном пересечении присутствует полевой транзистор с высоким пороговым напряжением, потенциал, приложенный к затвору, не сделает полевой транзистор проводящим, поэтому потенциал на соответствующей битовой линии останется высоким, а считанный бит данных будет логичный.ПЗУ могут попеременно выполнять операцию считывания данных как сравнение между напряжением битовой линии и опорным напряжением, или ПЗУ могут выполнять операцию считывания данных как сравнение пороговых характеристик транзистора памяти с одним или несколькими эталонными транзисторами, имеющими выбранное пороговое напряжение. характеристики.

РИС. 2 иллюстрирует обычную конфигурацию части фиг. 1 ПЗУ. Битовые строки могут представлять собой параллельный массив «спрятанных» строк 22, 24, 26 и 28, сформированный как N+; имплантации в кремниевую подложку P-типа 20.Линии 22 и 26 подключены к источнику потенциала V, а линии 24 и 28 подключены к источнику с более низким потенциалом, такому как земля, так что линии 22 и 26 являются стоками полевых транзисторов, а линии 24 и 28 являются истоками полевых транзисторов, сформированных для хранить данные в иллюстрированном ПЗУ. Вторая матрица проводящих линий WL0, WL1 и т. д. образована, например, из слоя легированного поликремния, нанесенного на изоляционный слой, образованный поверх заглубленных НЭ линий 22, 24, 26 и 28. Проводящие линии WL0, WL1 и т. д., формируются перпендикулярно имплантированному закопанному N+; битовые линии и будут формировать затворы полевых транзисторов ПЗУ.Для формирования транзисторов с более низким пороговым напряжением в выбранных 30 позициях потенциальных транзисторов и для формирования транзисторов с относительно высоким пороговым напряжением в других позициях 32 потенциальных транзисторов необходимо ввести различия в обработке между областями 30 и 32.

РИС. 3 иллюстрирует один традиционный способ формирования транзисторов с более низким пороговым напряжением в определенных местах 30 (логические нули) при формировании транзисторов с относительно высоким пороговым напряжением в других местах 32 (логические единицы).На фиг. 3, скрытые битовые шины 22, 24, 26 и 28 образуют истоки и стоки полевых транзисторов с памятью, оксидный слой 40 образует изолятор затвора для полевых транзисторов, а шина слов WL1 является затвором для полевых транзисторов. Для тех позиций 30, в которых должен быть сформирован транзистор с более низким пороговым напряжением, изоляционный слой 42, образованный между соседними имплантами битовой шины, делается тонким. Таким образом, изоляционный слой 42 представляет собой оксид кремния, сформированный до толщины обычного оксида затвора. Для тех положений 32, в которых должен быть сформирован транзистор с относительно высоким пороговым напряжением, изоляционный слой 44 между соседними имплантатами разрядной шины делается достаточно толстым, чтобы полевой транзистор, состоящий из областей истока и стока 24 и 26, изолятора 44 и затвора WL1, имел заметно более высокое пороговое напряжение.Соответственно, программирование для фиг. 3 тип полевых транзисторов достигается путем формирования толстых изолирующих пленок над областями канала, где должны быть сформированы полевые транзисторы с высоким пороговым напряжением, и выращиванием тонких изоляционных пленок над теми областями канала полевых транзисторов, где должны быть сформированы полевые транзисторы с более низким пороговым напряжением. Программирование фиг. 3 маска ROM обычно требует формирования маски, которая обнажает те области потенциальных каналов, в которых должны образовываться толстые оксиды, рост толстого оксида, удаление маски и рост более тонких оксидов затвора над теми местами, в которых должны быть полевые транзисторы. формироваться.Этот метод программирования основан на точном выравнивании маски по отношению к имплантатам, чтобы гарантировать, что тонкий оксидный слой полностью покрывает области каналов в соответствующих местах. Несоосность в любом направлении может изменить характеристики желаемых полевых транзисторов или сформировать полевые транзисторы там, где их не должно было быть. Кроме того, трудно сформировать достаточно толстые изолирующие пленки для малых размеров ячеек, поэтому с помощью этого метода программирования трудно увеличить плотность ячеек.Таким образом, становится все труднее реализовать этот метод программирования для небольших правил проектирования.

РИС. 4 иллюстрирует второй способ выбора характеристик порогового напряжения транзисторов для программирования ПЗУ, показанного на фиг. 1 и 2. На фиг. 4 ROM имеет равномерно тонкий изоляционный слой по всем областям каналов полевых транзисторов в матрице. Пороговые напряжения полевых транзисторов выбираются путем имплантации различных уровней примесей в области каналов транзисторов.Например, если для приемлемой работы транзистору обычно требуется имплантат с регулировкой порога, то программирование ПЗУ может состоять из имплантации соответствующего уровня легирующих примесей в области канала формируемых полевых транзисторов (логические нули), и имплантация не производится. в области каналов полевых транзисторов, которые должны иметь высокие пороговые напряжения (логические). Если, с другой стороны, для обеспечения нормальной работы полевого транзистора не требуется имплантат или если разница между неимплантированным полевым транзистором и полевым транзистором с имплантатом с регулировкой порога слишком мала, чтобы можно было различить имплантированные и неимплантированные полевые транзисторы, то имплантат производится в каналы тех полевых транзисторов, которые не подлежат формированию. Такой имплантат должен быть такого типа, который увеличивает пороговое напряжение полевого транзистора.

Теперь описаны процессы формирования этого ПЗУ и программирования ПЗУ. Во-первых, с помощью фотолитографии на подложке формируется маска, чтобы обнажить участки подложки, в которые имплантированы легирующие примеси для определения скрытых N+; слои. После снятия маски на поверхности подложки выращивают однородный затворный оксид, затем поверх слоя затворного оксида наносят слой поликремния и весь слой затворного поликремния легируют N-типа, например, фосфором. имплантата или путем диффузии из POCl3.Как правило, слой тугоплавкого металла или силицида тугоплавкого металла, такого как силицид вольфрама, затем наносят поверх слоя легированного поликремния, чтобы еще больше снизить удельное сопротивление материала затвора. Формируется маска затвора, и слой силицида вольфрама и легированного поликремния вытравливается, чтобы определить линии слов, которые также служат затворами для полевых транзисторов ПЗУ. После того, как сформированы строки слов, выполняется дополнительная обработка для формирования схемы поддержки, а затем формируется маска для определения областей, в которые должна быть выполнена программная имплантация ПЗУ.В качестве альтернативы программирование ПЗУ может быть выполнено в разные моменты обработки имплантации ПЗУ.

Если для программирования ФИГ. 4 ПЗУ необходимо сформировать маску поверх ПЗУ, открывающую каналы полевых транзисторов, в которые вставлены имплантаты. В традиционной методике программирования имплантации может возникнуть несколько проблем, которые не позволяют масштабировать эту технологию для использования в более мелких правилах проектирования.Имплантаты в области канала должны быть отожжены, чтобы активировать примеси, и имплантаты имеют тенденцию диффундировать во время отжига. Диффузия из областей имплантата, параллельных битовым линиям, ограничивает расстояние между строками слов, что, в свою очередь, ограничивает степень миниатюризации ячейки ПЗУ.

Другие трудности с техникой программирования имплантации возникают из-за возможного смещения маски программирования. Смещение маски вдоль направления битовой линии, такое как показано на фиг.5, может привести к попаданию примесей из предполагаемой области имплантации в соседнюю область. Если соседняя область представляет собой область памяти, для которой должна быть выполнена имплантация, то это смещение может привести к ошибке, особенно когда смещение связано с последующей диффузией примесей. Необходимость учитывать тип несоосности, показанный на фиг. 5, и обеспечить поправку на диффузию легирующей примеси, ограничивающую расстояние между строками слов в ПЗУ маски.

Второй тип ошибки маски, возникающий либо из-за смещения, либо из-за ошибки формирования маски, показан на фиг. 6. Имплантаты в области канала не самовыравниваются с заглубленным N+; линии таким образом, что смещение края отверстия маски, определяющего имплантацию, вдоль направления линии слова является возможным источником ошибки. Чтобы ограничить возможность возникновения этой ошибки, необходимо сделать поправку на размер маски для имплантации, чтобы увеличить пределы допуска для размещения маски.Предоставление избыточных допусков по маске ограничивает расстояние между битовыми строками. Соответственно, желательно разработать ПЗУ маски, менее зависящее от выравнивания маски и более совместимое с увеличением плотности хранения ПЗУ маски.

ОБЗОР ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

В одном аспекте настоящего изобретения предлагается запоминающее устройство, содержащее первый транзистор, имеющий сток, исток и затвор, и второй транзистор, имеющий сток, исток и затвор. Первый и второй транзисторы имеют общий сток, общий исток или общий сток и общий исток.Затвор первого транзистора содержит поликремний, легированный P-типом, а затвор второго транзистора содержит поликремний, легированный N-типа. В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения затворы первого и второго транзисторов состоят из нижнего слоя поликремния и второго слоя проводящего материала, который образует омический контакт с поликремнием N-типа и поликремнием P-типа.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения запоминающее устройство содержит первый транзистор и второй транзистор.Затвор первого транзистора содержит нижний слой поликремния, легированного N-типа, и верхний слой из проводящего материала, при этом верхний слой из проводящего материала образует омический контакт со слоем поликремния N-типа. Затвор второго транзистора содержит нижний слой легированного поликремния Р-типа и верхний слой из проводящего материала, при этом верхний слой из проводящего материала образует омический контакт со слоем поликремния Р-типа. Первый и второй транзисторы имеют общий сток или общий исток, между слоями поликремния затворов первого и второго транзисторов и верхним слоем затвора первого транзистора и верхним слоем образован P/N переход. затвора второго транзистора составляют одну проводную линию.

В настоящем изобретении также предложено запоминающее устройство, имеющее первый столбец первых транзисторов, причем каждый первый транзистор имеет первый сток, первый исток и первый затвор, причем первые стоки первых транзисторов соединены вместе, образуя битовую линию первого стока, и первые истоки первых транзисторов соединены вместе, чтобы сформировать первую битовую шину истока. Второй столбец включает в себя множество вторых транзисторов, причем каждый второй транзистор имеет второй сток, второй исток и второй затвор, причем вторые стоки вторых транзисторов соединены вместе для формирования второй разрядной линии стока, а вторые истоки второго транзисторы, соединенные вместе, образуют вторую битовую линию истока.Первый затвор каждого из первых транзисторов и второй затвор соответствующего одного из вторых транзисторов содержат непрерывную поликремниевую проводную линию, и между первыми затворами и соответствующими вторыми затворами сформировано множество P/N-переходов.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения запоминающее устройство включает в себя первый столбец, содержащий множество первых транзисторов, причем каждый первый транзистор имеет первый сток, первый исток и первый затвор.Второй столбец включает в себя множество вторых транзисторов, причем каждый второй транзистор имеет второй сток, второй исток и второй затвор. Первый затвор каждого из первых транзисторов и второй затвор соответствующего одного из вторых транзисторов составляют непрерывную линию соединения, при этом по меньшей мере один из первых затворов имеет первую работу выхода, так что первый транзистор имеет первое пороговое напряжение. и при этом по меньшей мере один из вторых затворов имеет вторую работу выхода, так что второй транзистор имеет второе пороговое напряжение, при этом первая работа выхода значительно выше второй работы выхода, так что первое пороговое напряжение выше второго порогового напряжения. хотя бы примерно на один вольт.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления ПЗУ маски содержит источник напряжения, обеспечивающий опорное напряжение, и первый и второй транзисторы. Первый транзистор имеет первый затвор, сформированный над первой областью канала и содержащий первый материал, имеющий первую работу выхода по отношению к материалу подложки, так что первый транзистор имеет первое пороговое напряжение. Второй транзистор имеет второй затвор, сформированный над второй областью канала, причем второй затвор содержит второй материал, имеющий вторую работу выхода по отношению к материалу подложки, так что второй транзистор имеет второе напряжение транзистора.Первый транзистор находится во включенном состоянии, когда опорное напряжение приложено к первому затвору, а второй транзистор находится в выключенном состоянии, когда опорное напряжение приложено ко второму затвору.

Другой аспект настоящего изобретения обеспечивает способ хранения информации в маске ПЗУ. Маска кодирования формируется на слое поликремния, образованном на слое оксида затвора, покрывающем подложку, и маска кодирования обеспечивает множество отверстий, соответствующих возможным ячейкам памяти в ПЗУ маски.Поликремний легируется через отверстия, предусмотренные в кодирующей маске, а затем маска удаляется. В этом способе формируют слой проводящего материала, по крайней мере, на части слоя поликремния, а затем вытравливают слой проводящего материала и слой поликремния для формирования электродов затвора. В еще одном аспекте изобретения слой поликремния полностью легирован первой легирующей примесью первого типа проводимости, и легирование поликремния через отверстия, предусмотренные в кодирующей маске, локально изменяет поликремний на второй тип проводимости.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 схематично показана часть ПЗУ маски.

РИС. 2 представляет собой вид сверху части ПЗУ маски.

РИС. 3 представляет собой вид в поперечном сечении части одного варианта осуществления фиг. 2 маска ПЗУ.

РИС. 4 представляет собой вид в поперечном сечении части другого варианта осуществления фиг. 2 маска ПЗУ.

РИС. 5 представляет собой вид сверху одного типа ошибки смещения на фиг. 2 маска ПЗУ.

РИС.6 представляет собой вид сверху другого типа ошибки смещения на фиг. 2 маска ПЗУ.

РИС. 7 представляет собой вид сверху части ПЗУ в соответствии с аспектом настоящего изобретения.

ФИГ. 8-11 показаны пороговые напряжения транзисторов, изготовленных с затворами из различных материалов с различными рабочими функциями.

ФИГ. 12-20 представляют собой частичные виды поперечного сечения ROM маски в соответствии с настоящим изобретением на различных стадиях изготовления ROM маски.

РИС. 21 схематично показана часть ПЗУ в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения ПЗУ маски состоит из массива местоположений потенциальных транзисторов, в котором информация кодируется путем выбора работы выхода затвора для каждого из потенциальных транзисторов, который, в свою очередь, выбирает пороговое значение напряжение на транзисторе. Выбор функции выхода затвора может, например, формировать транзистор с относительно низким пороговым напряжением для ячеек памяти, в которых должен храниться один тип битов данных, и формировать транзистор с относительно высоким пороговым напряжением для ячеек памяти, в которых должен храниться второй тип битов данных. подлежит хранению. Например, одно двоичное значение (логический ноль или ВЫКЛ) может быть сохранено путем установки высокого значения работы выхода для затвора транзистора, так что для включения транзистора к затвору необходимо приложить высокое напряжение.Второе двоичное значение (логическая единица или ON) может быть сохранено путем установки более низкого значения работы выхода для затвора транзистора, чтобы транзистор включался, когда на затвор подается более низкое напряжение.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения поликремний P-типа и поликремний N-типа представляют собой материалы с различной работой выхода, используемые в качестве материалов затвора для выборочного производства транзисторов с разными пороговыми напряжениями. Селективное использование поликремния P-типа и N-типа в качестве материалов затвора для селективного формирования транзисторов с высоким и низким пороговым напряжением может быть достигнуто, например, последовательностью имплантации бланкета легирующей примеси одного типа проводимости, формированием маски с отверстиями формируется в соответствии с желаемой программой и второй имплантацией легирующей примеси второго типа проводимости.Для этой стратегии программирования наблюдались разности пороговых напряжений порядка 1,12 В. При использовании в ПЗУ с использованием правил проектирования менее половины микрона обычно используется рабочее напряжение в три вольта, так что полученная пороговая разность напряжений в 1,12 В достаточна для надежной работы ПЗУ. Кроме того, путем сплошной имплантации легирующей примеси P-типа через поликремниевый материал затвора, как поликремниевые электроды затвора P-типа, используемые для полевых транзисторов с высоким пороговым напряжением ПЗУ, так и области скрытых каналов для P-MOSFET транзисторов Периферийные схемы ПЗУ формируются за один шаг.

Еще одно преимущество, реализуемое при использовании предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, заключается в том, что кодирование информации в ПЗУ включает только изменение характеристик материала затвора для полевых транзисторов ПЗУ. Как более подробно обсуждается ниже, одним из предпочтительных методов хранения информации является выборочное легирование затворов полевых транзисторов в ПЗУ перед формированием рисунка электродов затвора. Битовые линии и области каналов для всех транзисторов, в которых хранится информация, идентичны и могут быть изготовлены с использованием минимального количества различных выравниваний маски.Таким образом, снижается вероятность ошибок, возникающих из-за смещения маски. Кроме того, любое легирование, присутствующее в областях канала, также присутствует в областях, смещенных от области канала вдоль направления битовой линии. Таким образом, маловероятно, что в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения произойдет диффузия, и какая бы диффузия ни происходила, маловероятно, что она вызовет ошибку. В особенно предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения информация кодируется в ПЗУ путем локального легирования слоя поликремния перед формированием рисунка слоя поликремния.Таким образом, в кодирующей маске можно использовать отверстия увеличенного размера, чтобы приспособиться к смещениям, потому что те части областей легирования, которые простираются дальше, чем требуется, лежат в областях слоя поликремния, которые вытравлены при формировании электродов затвора. Следовательно, непреднамеренно легированные области поликремния вытравливаются и не могут повлиять на работу устройства.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения программируют информацию внутри запоминающих транзисторов путем выбора порогового напряжения транзисторов путем выбора работы выхода материала, используемого для формирования электрода затвора.Например, затворы транзисторов могут быть изготовлены из материала с низкой работой выхода, такого как легированный поликремний, а затворы транзисторов с высоким пороговым напряжением могут быть изготовлены из материала с высокой работой выхода, такого как металл (например, алюминий). На практике этот способ кодирования может быть выполнен путем нанесения слоя поликремния на оксид затвора всех транзисторов матрицы, легирования слоя поликремния, травления поликремния для формирования частей 50 строк слов WL, как показано на фиг.7. Затем поверх линий поликремния и оксида подзатвора наносится слой металла с высокой работой выхода. Металлический слой сформирован так, чтобы образовывать непрерывные линии слов, лежащие поверх как частей 50 поликремниевых линий, так и областей 52, лежащих между частями поликремниевых линий. Таким образом, поликремний с более низкой работой выхода расположен над областями каналов для включенных транзисторов 50, а металл с более высокой работой выхода – над областями каналов для выключенных транзисторов 52.

Более предпочтительным методом выбора характеристик работы выхода затворов является использование поликремния в качестве материала затвора по каналу транзистора для всех транзисторов массива.Вентили с различными рабочими функциями создаются легированием одних ворот P-типа и других ворот N-типа. Легированный поликремнием P-тип имеет другую рабочую функцию, чем N-тип, легированный поликремнием, и эта разница в рабочей функции используется для кодирования информации в ПЗУ.

Вкратце, кодирование ПЗУ с использованием выборочного легирования вентилей выполняется следующим образом. Равномерно тонкий оксид затвора наносится на массив скрытых N+; битовые линии, а затем на оксид затвора наносится слой поликремния.Слой поликремния однородно легирован до одного типа проводимости. На поверхности слоя поликремния формируется маска, обнажающая области каналов выбранных мест расположения потенциальных транзисторов, и в открытые области каналов имплантируются или диффундируют легирующие примеси противоположного типа проводимости. Вытравливают кодирующую маску, а затем поверх поликремния наносят слой тугоплавкого металла или силицида тугоплавкого металла. Формируется маска для определения линий слов, вытравливается верхний проводящий слой и слой поликремния, после чего ПЗУ достраивается обычным образом. Кодирование ПЗУ таким образом обеспечивает более щадящие допуски, чем это необходимо, если для формирования электродов затвора, имеющих разные рабочие функции, используются совершенно разные материалы. Кроме того, требуемые допуски на выравнивание являются более щадящими, чем те, которые требуются для обычного метода кодирования с легированием канала. Соответственно, технология селективного легирования затвора используется при практическом применении особенно предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения.

ФИГ. 8-11 иллюстрируют различные работы выхода, которые могут быть достигнуты путем легирования поликремния до различных типов проводимости.На каждом из этих рисунков показана расчетная проводимость канала полевого транзистора для диапазона потенциалов, приложенных к затвору. В модели предполагается, что толщина оксида затвора составляет 600 Å. для каждой из этих фигур. В традиционном способе кодирования с легированием канала, показанном на фиг. 4, примеси вводят в поликремниевый материал затвора путем сплошной диффузии POCl3 или сплошной имплантации фосфора для формирования полевого транзистора с пороговым напряжением около 0,9 В. На фиг. 9 показан имплантат из бора, который предпочтительно используется в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.Фторид бора BF2 имплантирован в слой поликремния плотностью 2×1015 с энергией 50 кэВ. Высокая работа выхода этого поликремния с имплантированным бором отражается в более высоком пороговом напряжении 1,9 В, демонстрируемом транзистором, имеющим электрод затвора, сформированный из поликремния, легированного в соответствии с условиями, показанными на фиг. 9. Такой материал затвора имеет работу выхода, подходящую для формирования запирающего транзистора в предпочтительном варианте осуществления ПЗУ согласно настоящему изобретению.

ФИГ. 10 и 11 иллюстрируют различные условия получения поликремния, имеющего приемлемую работу выхода для использования в транзисторах открытого типа в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Для каждого из проиллюстрированных процессов сначала в слой поликремния вводят бланкетный имплантат из фторида бора BF2 или бора плотностью 2×1015 с энергией 50 кэВ. Затем слой барьерного оксида формируется поверх поликремния, оксид частично вытравливается в выбранных областях, где будут сформированы затворы полевых транзисторов с низким пороговым напряжением, при этом барьерный оксид остается нетронутым по сравнению с полевыми транзисторами с высоким пороговым напряжением «ВЫКЛ», а затем донорная примесь селективно легируется в поликремний.Наконец, барьерный оксид вытравливается с поверхности поликремния, и дальнейшая обработка продолжается, как описано ниже. В процессе, используемом для формирования полевого транзистора на фиг. 10, POCl3 диффундирует в слой поликремния, и полевой транзистор с затвором, сформированным из легированного таким образом поликремния, имеет пороговое напряжение 0,9 В. В процессе, используемом для формирования полевого транзистора на фиг. 11, в поликремний имплантирован мышьяк плотностью 4×1015 с энергией 60 кэВ, а полевой транзистор с затвором, сформированным из этого поликремния, имеет пороговое напряжение 1.0 В. Начальный этап как на фиг. 10 и фиг. 11, представляет собой борсодержащий имплантат в соответствии с условиями, используемыми для формирования OFF FET, имеющего характеристики, показанные на фиг. 9. Таким образом, любой из этих процессов приемлем для локального формирования затвора включенного транзистора из слоя поликремния, который ранее был полностью легирован P-типом до уровня, соответствующего формированию закрытых транзисторов.

Транзисторы

OFF с затворами, сформированными из поликремниевого покрытия, легированного в соответствии с процессом, показанным на фиг.9, имеют пороговое напряжение приблизительно на один вольт выше, чем транзисторы с открытым затвором, имеющие затворы, сформированные из поликремния, легированного в соответствии с процессами, показанными на фиг. 10 или 11. Эта разница в пороговых напряжениях достаточна для надежного различения состояний ВКЛ и ВЫКЛ транзисторов в ПЗУ, в частности, когда ПЗУ используется в приложении с низким напряжением. Для некоторых систем может быть необходимо приспособиться к различным рабочим напряжениям, обеспечивая понижение входных напряжений и повышение выходных напряжений из ПЗУ. Поскольку схемы для выполнения таких регулировок напряжения хорошо известны в данной области техники, они далее здесь не описываются.

ФИГ. 12-20 иллюстрируют способ изготовления ПЗУ в соответствии с настоящим изобретением с использованием выключенных транзисторов, изготовленных способом, показанным на фиг. 9, и с использованием включенных транзисторов, изготовленных одним из способов, показанных на фиг. 10 и 11. Обратимся сначала к фиг. 12, подложка P-типа подготавливается путем формирования области 70 N-колодцев и полевого окисления 72 для периферийных схем ПЗУ на PMOS и NMOS.Параллельный массив скрытых N+; области 74 формируются как битовые линии для ПЗУ и как области истока и стока для полевых транзисторов ПЗУ. Поверх подложки формируют тонкий оксидный слой 80 (фиг. 13), а затем осаждают слой поликремния 82 толщиной, например, 1000-2500 Å. и более предпочтительно около 1500 ангст. В слой поликремния 82 вносится бланкетный имплантат из фторида бора BF2 плотностью 2×1015 с энергией 50 кэВ, а затем формируется маска для кодирования информации в ПЗУ. Имплантат из фторида бора легирует слой 82 поликремния до такого уровня, что полевой транзистор с затвором, сформированным из этого поликремния с высокой работой выхода, будет иметь достаточно высокий порог, чтобы служить в выключенном состоянии. Соответственно, маска кодирования оставит открытыми области слоя поликремния, которые будут сформированы в затворы полевых транзисторов с более низким пороговым напряжением.

Если для локального легирования слоя поликремния используется диффузия POCl3, то необходимо сформировать оксидную маску для процесса диффузии.Если, с другой стороны, мышьяк используется для локального легирования слоя поликремния, то для формирования адекватной маски не требуется оксидный слой. Таким образом, при использовании диффузии POCl3 оксидный слой, показанный на фиг. 14 формируется. Для любого метода легирования N-типа маска кодирования 86 (фиг. 15) определяется так, чтобы экспонировать те области, которые будут легированы N-типом. Маска 86 содержит части оксидного слоя 84, если используется диффузия, или, если используется имплантация, маска 86 может состоять исключительно из фоторезиста. Либо диффузия POCl3, либо имплантат мышьяка с плотностью 4×1015 с энергией 60 кэВ осуществляется через соответствующую маску 86, а затем маска 86 протравливается, оставляя структуру, показанную на фиг. 16.

Как показано на фиг. 16, слой поликремния включает локальные области поликремния 90, легированного N-типом, среди областей поликремния 92, легированного P-типом. P/N-переходы формируются между соседними областями P и N в слое поликремния. Когда электроды затвора сформированы из слоя поликремния, проводимость будет незначительной или вообще не будет проходить через переходы P/N, образованные между поликремнием 90, легированным N-типом, и поликремнием 92, легированным P-типом.Соответственно, предпочтительно наносить слой проводящего материала 94 (фиг. 17) поверх слоя поликремния. Слой проводящего материала 94 будет состоять из частей электродов затвора (линий слов) и будет проводить сигналы через ПЗУ к затворам полевых транзисторов в матрице. Поэтому предпочтительно, чтобы проводящий материал 94 обладал высокой проводимостью и имел омические контакты как с поликремнием N-типа, так и с поликремнием P-типа. Силицид вольфрама является особенно предпочтительным проводящим материалом 94, но тугоплавкие металлы и другие силициды тугоплавких металлов также обеспечивают желаемые характеристики.

Затем проводящий слой 94 и слой поликремния 90, 92 вытравливаются для формирования линий слов и электродов затвора. На этом этапе также выполняется обработка для периферийных схем 96, 98, при этом вентили NMOS-устройства 96 и PMOS-устройства 98 предпочтительно формируются одновременно с формированием строк слов. ИНЖИР. 19 иллюстрирует имплантацию истока и стока для NMOS-устройства 96 и PMOS-устройства 98, включая формирование хорошо известной структуры LDD для NMOS-устройства 96 и PMOS-устройства 98.Слой боросиликатного стекла 100 (BPSG) осаждается для герметизации ПЗУ, а формирование контактов и другие этапы обычной обработки выполняются хорошо известным способом для завершения ПЗУ.

РИС. 21 иллюстрирует ПЗУ маски, сформированное в соответствии с описанным выше процессом. В частности, виды в разрезе, показанные на фиг.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.