Полупроводниковые приемно-усилительные устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Перед тем, как вскрывать пол или ломать стену будет не лишним убедиться в том, что в выбранном месте нет скрытой электропроводки, силового кабеля или арматуры. Ведь случайно повредив электропроводку, есть вероятность лишить весь дом или даже квартал электричества и может возникнуть опасность для жизни человека. Кроме того, если вы при этом будете работать металлическим инструментом, то ваша жизнь может оказаться в опасности. Чтобы избежать подобных неприятностей используются устройства, именуемые искателями, или детекторами, скрытой проводки. Эти приборы помогут обезопасить электрика от поражения электрическим током или обнаружить обрыв провода. Дабы не повредить скрытую проводку и не попасть под напряжение, существуют специальные приборы, которые точно укажут на наличие электропроводки в данном месте.

Чтобы понять, как работают приборы, необходимо знать немного теории. Электрические провода под напряжение создают вокруг себя электрическое поле. Данное электрическое поле эти приборы и улавливают. Далее специальный усилитель усиливает сигнал и показывает, в каком месте находиться проводник.

В зависимости от типа и сложности прибора, в качестве индикатора могут быть простой светодиод, стрелочный индикатор или цифровое табло. Цены на данные приборы могут быть от 50 рублей и достигать до нескольких тысяч и выше, в зависимости от функций и назначения.

Детектор скрытой проводки прост в применении и не сложно сделать в домашних условиях. Детали к такому устройству доступны, их легко можно найти. Собирается это устройство на сверхчувствительных транзисторах ВС547. Для корректной работы устройству требуется напряжение 6 вольт.

1. Общая часть

Обзор существующих аналогов

а) BOSCH PDO 6

Обнаруживает: металл и провода под напряжением;

Размеры (Д, Ш, В): 140, 85, 35 мм;

Максимальная глубина обнаружения:

Сталь - 60 мм;

Медь - 50 мм;

Электропроводка 3 см.

Рисунок 1.1 BOSCH PDO 6 Цена:1641р.

б) BOSCH GMS 100M

Обнаруживаемые материалы - Чёрные и цветные металлы, электропроводка;

Размеры (Д, Ш, В): 200,85, 32 мм;

Максимальная глубина обнаружения:

Электропроводка - 100 мм;

Сталь- 100 мм;

Медь - 80 мм.

Рисунок 1.2 - BOSCH GMS 100M Цена:2871р.

в) BOSCH PDO MULTI

Обнаруживаемые материалы - Арматура, сталь, цветные металлы, деревянные конструкции, электрические провода под напряжением и без напряжения;

Размеры (Д, Ш, В): 100,95, 38 мм;

Максимальная глубина обнаружения:

Сталь - 80 мм;

Медь - 60 мм.

Рисунок 1.3 - BOSCH PDO MULTI Цена:3195р.

г) BOSCH LR1

Обнаруживаемые материалы - Чёрные и цветные металлы, деревянные опорные конструкции, электропроводка;

Размеры (Д, Ш, В): 190,75, 32 мм;

Максимальная глубина обнаружения:

Электропроводка - 120 мм;

Сталь - 120 мм;

Медь - 80 мм.

Рисунок 1.4 - BOSCH LR1 Цена:4417р.

д) MEET MS-158 - детектор скрытой проводки

Обнаруживаемые материалы - Чёрные и цветные металлы, электропроводка;

Размеры (Д, Ш, В): 222,55, 22 мм;

Максимальная глубина обнаружения:

Электропроводка - 50 мм;

Сталь - 60 мм;

Медь - 50 мм.

Рисунок 1.5 - MEET MS-158 - детектор скрытой проводки. Цена:240р.

е) Детектор металла и электропроводки black decker bds 200

Обнаруживаемые материалы - Чёрные и цветные металлы, электропроводка;

Размеры (Д, Ш, В): 180,110, 40 мм;

Максимальная глубина обнаружения:

Электропроводка - 50 мм;

Сталь - 25 мм;

Медь - 25 мм.

Рисунок 1.6 - Детектор металла и электропроводки black decker bds 200. Цена:1071р.

ж) Интерскол ЭД-0,2 детектор

Обнаруживаемые материалы - Чёрные и цветные металлы, деревянные опорные конструкции, электропроводка;

Размеры (Д, Ш, В): 200,85, 32 мм;

Максимальная глубина обнаружения:

Электропроводка - 20 мм;

Сталь - 20 мм;

Медь - 20 мм;

Дерево - 20 мм.

Рисунок 1.7 - Интерскол ЭД-0.2 Цена: 657р.

1.2 Принцип действия

Устройство работает на расстоянии примерно от 5 до 15 см от провода при рабочем напряжение 220 вольт. Провода, по которым проходит электрический ток, излучают электромагнитные волны, которые и улавливаются прибором, приложенным к стене. При обнаружение загорается светодиод, необходимо двигать устройство вдоль прокладки кабеля до прекращения срабатывания световой индикации.

2. Специальная часть

2.1 Схема устройства

Схема 1 - Детектор скрытой проводки

2.2 Принцип действия разрабатываемого устройство

Он собран на сверхчувствительных транзисторах ВС547. Источник питания 6В. Принцип действия искателя основан на том, что вокруг электрического провода образуется электрическое поле -- его и улавливает искатель.

Достаточно приблизить антенный щуп, соединенный с цепью затвора полевого транзистора, к проводнику с током либо просто к сетевому проводу, транзистор VT2 закроется, шунтирование базовой цепи транзистора VT3 прекратится и мультивибратор начнет работать. Начнет вспыхивать светодиод. Перемещая антенный щуп вблизи стены, нетрудно проследить за пролеганием в ней сетевых проводов.

2.3 Транзисторы

Основным элементом прибора является транзистор. Транзистор - это полупроводниковый триод - радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. Транзистором называют любое устройство, которое имитирует главное свойство транзистора изменения сигнала между двумя различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде.

Полупроводниковые приборы ( диоды и транзисторы) благодаря малым габаритам и массе, незначительному потреблению электроэнергии, высокой надёжности и долговечности широко применяются в радиоэлектронной аппаратуре. В настоящее время вся бытовая радиоэлектронная техника, включая телевизоры, приёмники, магнитофоны и др., работает на полупроводниковых приборах и микросхемах. Применение полупроводниковых приборов в электронных вычислительных машинах позволило решить проблему достижения высоких эксплуатационных параметров ЭВМ при обеспечении требуемой надёжности. Для конструирования надёжных схем на транзисторах, то есть для правильного выбора типа транзистора, грамотного расчёта схем, выбора оптимального теплового и электрического режимов, необходимо располагать подробными сведениями, характеризующими эксплуатационные свойства транзисторов.

Преимущества транзисторов по сравнению с электронными лампами - те же, как и у полупроводниковых диодов - отсутствие накалённого катода, потребляющего значительную мощность и требующего времени для его разогрева. Кроме того, транзисторы сами по себе во много раз меньше по массе и размерам, чем электрические лампы, и транзисторы способны работать при более низких напряжениях и более высоких частотах.

Но наряду с положительными качествами, триоды имеют и свои недостатки. Как и полупроводниковые диоды, транзисторы очень чувствительны к повышению температуры, электрическим перегрузкам и сильно проникающим излучениям (чтобы сделать транзистор более долговечным, его помещают в специальные корпуса ).

Основные материалы из которых изготовляют транзисторы -- кремний и германий, перспективные - арсенид галлия, сульфид цинка и широко зонные проводники. Существует 2 типа транзисторов: биполярные и полевые.

Биполярный транзистор представляет собой транзистор, в котором используются заряды носителей обеих полярностей. Электронно - дырочный p - n переход.

В основе принципа действия подавляющего большинства полупроводниковых приборов лежат процессы, происходящие в переходном слое, образованном в полупроводнике на границе двух зон с проводимостями различного типа, p и n типа. Для простоты эту границу принято называть p - n переходом, или электронно - дырочным переходом, что характеризует вид основных носителей зарядов в двух примыкающих друг к другу зонах полупроводника.

Различают два вида p - n переходов: плоскостной и точечный. Плоскостной переход получается путём помещения куска примеси, например, индия на поверхность германия n типа и последующего нагревания до расплава примеси. При поддержании определённой температуры в течение определённого времени происходит диффузия части атомов примеси в пластинку полупроводника на небольшую глубину. Создаётся зона с проводимостью, противоположной проводимости исходного полупроводника, в данном случае p типа для n германия.

Точечный переход получается в результате установления плотного электрического контакта тонкого проводника, имеющего электронную проводимость, с поверхностью полупроводника p типа. Именно на этом принципе действовали первые кристаллические детекторы, которые применялись в 20 - 30-х годах.

Такие детекторы были крайне чувствительны к положению заострённого конца проволочки на поверхности полупроводника, к чистоте его поверхности, вследствие чего приходилось очень часто подстраивать его. Своё название детектор получил от английского слова, означающего устройство, предназначенное для обнаружения в данном случае сигнала и чувствительной точки. В настоящее время точечные переходы получаются путём вплавления конца тонкой металлической проволоки в поверхность полупроводника n типа. Вплавление осуществляется в момент подачи кратковременного мощного импульса электрического тока. Под действием тепла, которое образуется за этот короткий промежуток времени, часть электронов вырывается из атомов полупроводника, находящихся вблизи точечного контакта, оставляя после себя дырки. В результате этого небольшой объём полупроводника n типа в непосредственной близости от контакта превращается в полупроводник p типа.

Характерной особенностью p - n перехода является резко выраженная зависимость его электрической проводимости от полярности приложенного к нему внешнего напряжения, чего никогда не наблюдается в полупроводнике одной проводимости. Для того чтобы уяснить, почему это происходит, надо обратиться к действию внешнего напряжения различной полярности, прикладываемого к двум зонам полупроводника, имеющим проводимости разного типа.

В том случае, когда положительный полюс напряжения приложен к зоне p, где основными носителями заряда являются дырки, а отрицательный полюс - к зоне n, где основные носители заряда - электроны, под действием внешнего поля дырки будут отталкиваться положительным потенциалом, а электроны - отрицательным. Под действием этих сил дырки и электроны будут двигаться навстречу друг другу, к p - n переходу, где происходит их рекомбинация. Пока приложено напряжение, через переход всё время течёт ток. Чем больше напряжение, тем больше будет ток через переход. В этом случае принято говорить, что переход включён в прямом направлении, характеризующемся малым сопротивлением и большим током.

Если изменить полярность включения внешнего источника, то дырки будут притягиваться к отрицательному полюсу, а электроны - к положительному. Под действием этих сил электроны и дырки будут двигаться в направлении от перехода, вследствие чего переход будет обеднён носителями заряда, число рекомбинаций значительно сократится, и, как следствие этого, ток через переход станет очень малым. В этом случае говорят, что к переходу приложено напряжение в обратном, запорном направлении, когда сопротивление перехода велико, проводимость и ток малы. Благодаря своей способности хорошо пропускать ток в одном направлении и плохо - в другом p - n переход обладает выпрямляющими свойствами, широко используемыми в полупроводниковых диодах, являющихся самыми простыми и исторически самыми первыми полупроводниковыми приборами. В соответствии с видом перехода различаются плоскостные и точечные диоды, которые могут быть кремниевыми или германиевыми.

Величина токов в прямом и обратном направлениях различаются в десятки, сотни раз. Зависимость тока от величины напряжения не является линейной. Резкое увеличение тока в обратном направлении при большом запирающем напряжении указывает на ухудшение электрической прочности перехода при высоком напряжении.

Другой характерной особенностью p - n перехода является сильная зависимость его свойств от температуры. По мере повышения температуры значительно возрастает обратный ток перехода, снижается допустимое обратное напряжение. При повышении температуры и неизменном напряжении прямой ток увеличивается. При этом для сохранения прежнего значения тока необходимо уменьшать напряжение смещения в среднем на 5о МВ на каждые 10 градусов.

Использование свойств p - n перехода лежит в основе принципа действия различных видов полупроводниковых приборов, самыми распространёнными из которых являются полупроводниковые диоды и транзисторы.

В отличие от полупроводниковых диодов биполярные транзисторы имеют два электронно - дырочных перехода. Основанием прибора служит пластина полупроводника, называемая базой. С двух сторон в неё вплавлена примесь, создающая области с проводимостью, отличной от проводимости базы. Таким образом получают транзистор типа n - p - n, когда крайние области являются полупроводниками с электронной проводимостью, а средняя - полупроводником с дырочной проводимостью, и транзистор типа p - n - p, когда крайние области являются полупроводниками с дырочной проводимостью, а средняя - полупроводником с электронной проводимостью. Нижнюю область называют эмиттером, а верхнюю коллектором. На границах областей с различной проводимостью образуются два перехода. Переход, образованный вблизи эмиттера, называется эмиттерным, вблизи коллектора - коллекторным. При использовании транзистора в схемах на его переходы подают внешние напряжения. В зависимости от полярности этих напряжений каждый из переходов может быть включён либо в прямом, либо в обратном направлении. Соответственно различают три режима работы транзисторов: режим отсечки, когда оба перехода заперты; режим насыщения, когда оба перехода отперты; активный режим, когда эмиттерный переход частично отперт, а коллекторный заперт. Если же эмиттерный переход смещён в обратном направлении, а коллекторный - в прямом, то транзистор работает в обращённом (инверсном) включении.

В основном транзистор используется в активном режиме, где для смещения эмиттерного перехода в прямом направлении на базу транзистора типа p - n - p подают отрицательное напряжение относительно эмиттера, а коллектор смещают в обратном направлении подачей отрицательного напряжения относительно эмиттера. Напряжение на коллекторе обычно в несколько раз больше напряжения на эмиттере.

Транзисторы квалифицируются по исходному материалу, рассеиваемой мощности, диапазону рабочих частот, принципу действия и т. д. В зависимости от исходного материала их делят на две группы: германиевые и кремниевые. Германиевые транзисторы работают в интервале температур от - 60 до + 78…85 градусов, кремниевые - от -60 до + 120…150 градусов. По диапазону рабочих частот их делят на транзисторы низких, средних и высоких частот, по мощности - на классы транзисторов малой, средней и большой мощности. Транзисторы малой мощности делят на шесть групп: усилители низких и высоких частот, малошумящие усилители, переключатели насыщенные, ненасыщенные и малотоковые ( прерыватели ); транзисторы большой мощности - на три группы: усилители, генераторы, переключатели. По технологическому признаку разделяют транзисторы сплавные, сплавно - диффузионные, диффузионно - сплавные, планарные, эпитаксиальные, конверсионные, эпитаксиально - планарные.

Обозначение типа биполярных транзисторов состоит из нескольких элементов. Первый элемент обозначает исходный материал, из которого изготовлен прибор: германий или его соединения - Г; кремний или его соединения - К; соединения галлия - А. Для транзисторов, используемых в устройствах специального назначения, установлены следующие обозначения исходного материала: германий или его соединения - 1; кремний и его соединения - 2; соединения галлия - 3. Второй элемент - подкласс полупроводникового прибора. Для биполярных транзисторов вторым элементом является буква. Третий элемент - назначение прибора. Четвёртый и пятый элементы - порядковый номер разработки и технологического типа прибора ( от 01 до 99). Шестой элемент - деление технологического типа на параметрические группы ( буквы русского алфавита от А до Я). Например, транзистор, предназначенный для устройств широкого применения, германиевый, низкочастотный, малой мощности, номер разработки 15, группа А - ГТ115А.

Наборы дискретных полупроводниковых приборов обозначаются в соответствии с их разновидностью и перед последнем добавляется букв С.

Обозначение типа транзисторов, разработанных до 1964 года, состоит из трёх элементов: первый - буква П (полупроводниковый триод, транзистор); второй - цифра (порядковый номер разработки); третий - буква, соответствующая разновидности транзистора данного типа. В обозначение модернизированных транзисторов входит буква М (например, МП101А, МП21В).

Характеристики получившегося устройства

Обнаруживаемые материалы: электропроводка;

Размеры (Д, Ш, В): 200,30, 20 мм;

Максимальная глубина обнаружения:

Электропроводка - 10 мм;

Сталь- 10 мм;

Медь - 10 мм.

Рисунок 2.1. Разработанного устройства. Цена: 120р.

3. Экономическая часть

Таблица 1

Затраты на изготовления устройства

Заключение

полупроводниковое устройство детектор транзистор

После рассмотрения существующих аналогов детекторов скрытой проводки был сделан вывод, что средняя стоимость такого устройства на рынке составляет 2000 рублей. По заданию руководителя курсового проекта было решено разработать детектор скрытой проводки со стоимость на порядок ниже.

По полученному заданию была проделана работа в полном объеме, разработан детектор скрытой проводки на основе биполярных транзисторов, были рассмотрены существующие аналоги детекторов скрытой проводки. Чтобы собрать детектор скрытой проводники потребовалось 3 транзистора, 3 резистора, 1 светодиод, батарейка, выключатель и пластмассовый футляр - данные детали можно приобрести в радиотехнических магазинах за невысокую цену.

При выполнении данной курсовой работы был получен ценный опыт разработки подобных устройств, также были закреплены знания, которые получены на занятиях.

Список литературы:

1. Терещук Р.М. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя / 4-е издание, стер. - Киев: Наук. Думка 1989- 800с.

2. Бочаров Л.Н. Полевые транзисторы. - М. : Радио и связь, 1984, - 80с.

3. Программно-аппаратные средства обеспечения информационной безопасности. Защита программ и данных /П.Ю.Белкин, О.О.Михальский, А.С. Першаков и др.- М.: Радио и связь, 1999.

4. Интернет магазин [Электронный ресурс]/; -Режим доступа http://www.220-volt.ru/ , свободный. Загл. с экрана - Яз. рус., англ.

5. Схемы и устройства собранные своими руками [Электронный ресурс]/; -Режим доступа http://www.sdelaysam-svoimirukami.ru/ , свободный. Загл. с экрана - Яз. рус., англ.

6. Радиосхемы [Электронный ресурс]/; -Режим доступа http://radioskot.ru/publ/ , свободный. Загл. с экрана - Яз. рус., англ.

Размещено на Allbest.ru