Site Loader

Содержание

Таймер выключатель на полевом транзисторе — Конструкции простой сложности — Схемы для начинающих

Устройство представляет собой таймер, который выключает нагрузку через заданное время. Оно включается последовательно с нагрузкой, может коммутировать как активную, так и индуктивную нагрузку, не создает электромагнитных помех и запускается нажатием маломощной кнопки. Предлагаются три варианта построения таймера. Схема простого таймера на полевом транзисторе показана на рис. 1.

РИС. 1

Устройство включается последовательно с нагрузкой в сеть 220 В и работает следующим образом. В исходном состоянии кнопка SB1 разомкнута, конденсаторы C1, C2 разряжены и напряжение затвор-исток полевого транзистора VT2 равно нулю. При подаче через нагрузку EL1 напряжения сети 220 В транзистор VT2 остается в закрытом состоянии, напряжение сток-исток этого транзистора представляет двухполупериодное выпрямленное диодным мостом VD1 напряжение сети. В результате протекания тока через резистор R1 и светодиод HL1 происходит зарядка конденсатора С1 до опорного напряжения стабилитрона VD2, которое равно 15 В.

После зарядки конденсатора ток продолжает течь по цепи +VD1, HL1, R1, VD2, -VD1, светодиод, HL1 светится. При кратковременном нажатии на кнопку без фиксации SB1 происходит быстрая зарядка конденсатора С2 но цепи +С1, R2, SB1, С2, -C1. Резистор R2 ограничивает ток через контакты кнопки SB 1. Время зарядки конденсатора С2 определяется постоянной времени цепочки R2C2 и составляет приблизительно 0,5 мс. При достижении напряжения на затворе транзистора VT2 порогового значения этот транзистор открывается и замыкает диодный мост VD1. Загорается осветительная лампа EL1, гаснет индикаторный светодиод HL1. Транзистор VT2 будет находиться в открытом состоянии до тех нор, пока напряжение на конденсаторе С2 не снизится до его порогового напряжения. Время разрядки С2 определяется постоянной времени цепочки C2R6 и для номиналов, указанных на схеме, составляет около 3 мин. Транзистор VT1 служит для уменьшения времени закрывания транзистора VT2 и тем самым предотвращает его разогрев. В начале процесса закрывания транзистора V12 на его стоке появляется напряжение, через делитель R3R4 поступающее на базу транзистора VT1, который открывается и через резистор R5 разряжает конденсатор С2.
Процесс имеет лавинообразный характер, поскольку транзистор VT1 совместно с резисторами R3—R5 образуют цепь положительной обратной связи для транзистора VT2. Резистор R5 ограничивает ток через транзистор VT1. В результате закрывания транзистора VT2 прекращается ток через нагрузку, гаснет лампа EL1 и включается светодиод НL1. Устройство готово к повторному запуску.

Устройство, схема которого приведена на рис. 2, отличается от первого следующими дополнительными функциями: повторным нажатием кнопки SB1 можно отключать нагрузку, не дожидаясь автоматического выключения; имеется защита от перегрузки — при превышении тока нагрузки выше порогового значения происходит ее отключение. Для реализации функции поочередного включения и выключения применена кнопка SB1 с переключающими контактами и диод VD3. При первом нажатии кнопки SB1 нагрузка включается, после отпускания кнопки конденсатор C1 разряжается через резистор R2, нормально замкнутый контакт кнопки SB1, диод VD3 и от­крытый транзистор VT2.

При повторном нажатии на кнопку SB1 времязадающий конденсатор С2 разряжается через резистор R2 на конденсатор С1, транзистор VT2 закрывается и нагрузка отключается. Конденсатор С1 заряжается до напряжения 15 В, за время около 0,2 с, и устройство готово к обычному включению следующим нажатием кнопки SB1. Для защиты от перегрузки по току введен резистор R7, который является датчиком тока нагрузки, и напряжение с которого подается на переход база-эмиттер транзистора VT1. При напряжении на этом резисторе порядка 0,6 В транзистор VT1 открывается и через резистор R5 разряжает времязадающий конденсатор С2, в результате закрывается полевой транзистор VT2. Сопротивление этого резистора должно выбираться из соотношения R7 = 0,6/(3…4)Iн где, Iн — номинальный ток нагрузки в амперах. Время задержки срабатывания защиты составляет около 2 мс. Таймер был испытан с лампой накаливания мощностью 100 Вт. При изменении напряжения сети в диапазоне 187…242 В нестабильность времени срабатывания не превысила 3 %, примерно такой же дрейф по времени был зафиксирован при изменении температуры окружающей среды в диапазоне +27.
..60 °С. Кроме того, было проведено измерение времени отключения без времязадающего резистора R6, это время при температуре окружающей среды +27 °С превысило двое суток. Из этого можно сделать вывод, что токи утечки времязадающего конденсатора С2 через затвор полевого транзистора VT2 и транзистор VT1 на три порядка меньше тока разрядки этого конденсатора через резистор R6 = 150 МОм. Такая продолжительная работа устройства при отсутствии времязадающего резистора R6 позволяет использовать его в качестве простого выключателя нагрузки с защитой от перегрузки по току и маломощной кнопкой управления.  В последнем варианте устройство прекрасно работает как от сети переменного, так и постоянного тока. Для обеспечения плавного включения потребовалось введение еще одного конденсатора С5 в цепь затвора полевого транзистора VT2 (рис. 3). Теперь при нажатии на кнопку SB1 основной времязадающий конденсатор С2 быстро заряжается до напряжения, близкого к напряжению на С1, а затем через резистор R5 плавно заряжается конденсатор С5 независимо от того, нажата или отпущена кнопка SB1.
Однако обеспечить плавное включение удалось только после введения между стоком и затвором транзистора VT2 цепи отрицательной обратной связи R11C4. Кроме этого для блокировки во время плавного пуска положительной обратной связи, которая реализована с помощью цепи R9C3, введена цепь из резистора R8 и диода VD5. Эта цепь работает следующим образом — в исходном состоянии транзистор VT2 закрыт, светится индикатор НL1, конденсатор СЗ через диод VD5 заряжается до максимального значения напряжения сети. При нажатии на кнопку SB1, как было описано выше, медленно заряжается конденсатор С5, полевой транзистор VT2 открывается, амплитуда напряжения на стоке этого транзистора уменьшается, в результате закрывается диод VD5, и теперь амплитуда импульсов, поступающих на базу транзистора VT1 через цепь R8C3R9, недостаточна для его открывания. Конденсатор C3 будет относительно медленно разряжаться через резистор R8 и открытый транзистор VT2. После разрядки СЗ запирающее напряжение с диода VD5 снимается и цепь положительной обратной связи R9C3 готова к работе.
Диод VD4 и резистор R6 уменьшают время выключения нагрузки. Для номиналов, указанных на рис. 3, время плавного включения составило 1 с, а время выключения — 0,2 с. Изменением емкости конденсатора С4 можно менять время плавного включения, а номиналом R6 — регулировать время выключения нагрузки. Плавное включение продлевает срок службы ламп накаливания, а при управлении электродвигателями — уменьшает пусковые токи. Время выключения имеет существенное значение в последнем случае, когда нагрузка представляет собой значительную индуктивность и при быстром выключении между выводами сток-исток транзистора VT2 появляется значительный выброс напряжения, что может вывести его из строя. Если в качестве нагрузки используется лампа накаливания, то вместо резистора R6 можно поставить перемычку, чтобы до минимума уменьшить время выключения. Устройство было испытано с лампами накаливания мощностью от 25 до 200 Вт, а также с коллекторным электродвигателем переменного тока мощностью 150 Вт. Для изготовления устройства, но схеме, приведенной на рис.
3, могут быть использованы следующие детали. Конденсатор С1 — импортный оксидный на напряжение не менее 50 В. Остальные конденсаторы — пленочного типа с малыми токами утечки, например К73-17, конденсаторы СЗ, С4 на напряжение 630 В. Резисторы R2—R6, R9, R10— МЛТ, С2-23, С2-33, С1-4 указанной на рис. 3 мощности, резисторы R7, R8, R11 — высокоомные СЗ-13, С23-14, резистор R1 — прово­лочный КNР 1,0 Вт. В качестве SB1 применена миниатюрная кнопка без фиксации PSM100 (B170H). Диодный мост VD1 на напряжение не менее 600 В и ток, превышающий номинальный ток нагрузки не менее чем в три раза, например, КВРС106— 110, BR36—310, КВL06, 07. Диод 1N4148 может быть заменен на КД521, КД522 с любым буквенным индексом. Вместо стабилитрона VD2 BZX55C15 на напряжение 15 В можно установить отечественный КС515А1. Светодиод HL1 — красного цвета свечения с малым рабочим током, например, L-53LSRD, L-53LID. Транзистор ВС547С можно заменить на КТ3102В, КТ3102Г. Полевой транзистор VT2 IRF840 с максимальным напряжением сток-исток 500 В, максимальным током стока 8 А и максимальной мощностью 125 Вт можно заменить на более мощный IRFP450.
На транзистор установлен теплоотвод в виде алюминиевой пластины тол­щиной 2 мм и размером 20×30 мм. Поскольку во время плавного включения полевой транзистор работает в активном режиме и сопротивление сток-исток этого транзистора медленно изменяется от бесконечности до минимального значения, максимальная мощность, рассеиваемая этим транзистором, будет при равенстве сопротивления сток-исток полевого транзистора и сопротивления активной нагрузки. Эта максимальная мощность будет равна (Uc/2)x(lн/2) =  Рн/4. Поэтому в устройстве должен использоваться транзистор с максимальной мощностью не менее четверти мощности коммутируемой нагрузки. Если таймер коммутирует нагрузку мощностью не более 200 Вт, можно использовать полевые транзисторы BUZ90A (РМАКС = 75 Вт), SSP6N60, КП707Б1—Е1.Устройство собрано на печатной плате размером 50×50 мм (рис. 4).

Конденсатор С5 должен быть расположен вблизи транзистора VT2, его емкость должна быть как минимум на порядок меньше основной времязадающей емкости С2, но не слишком малой. Особое внимание следует уделить изоляции цепей, непосредственно связанных с затвором VT2, так как попадание токопроводящей пыли или влаги может повлиять на время выдержки таймера. После монтажа плата должна быть тщательно промыта спиртом, хорошо высушена и внимательно проверена на правильность монтажа. Устройство не требует настройки. Единственно, что нужно проверить — это напряжение на нагрузке в момент ее выключения. Это напряжение должно быть меньше номинального на 10… 15 В, в противном случае следует подобрать номинал резистора R9. Время выдержки зависит от номиналов конденсатора С2 и резистора R7 и, как указывалось выше, составляет примерно 3 мин. Для удлинения выдержки необходимо увеличить сопротивление резистора R7 или емкость конденсатора С2, однако пленочные конденсаторы большой емкости достаточно громоздки, поэтому предпочтительнее увеличивать сопротивление резистора R7.

Таймер, схема которого приведена на рис. 3, выполняет те же функции, что и управляемое реле времени для светильника, но не создает помех, может работам, как на активную, так и на индуктивную нагрузку, и имеет аварийное отключение при перегрузке. Кроме того, если удалить времязадающий резистор R7, то также, как и таймер, собранный по схеме на рис. 2, данное устройство можно использовать в качестве простого выключателя нагрузки с плавным включением и защитой от перегрузки. Описанные выше таймеры на полевых транзисторах имеют некоторые недостатки, но сравнению с устройствами на симисторах: меньший КПД, поскольку потери энергии имеют место не только на открытом полевом транзисторе, но и на диодном мосте; относительно небольшая мощность коммутируемой нагрузки.

Схемотехника №11 2004г стр. 5

Конструкции И. Бакомчева

Однокаскадный усилитель ЗЧ (рис. 1).

Это простейшая конструкция, которая позволяет продемонстрировать усилительные способности транзистора. Правда, коэффициент усиления по напряжению невелик — он не превышает 6, поэтому сфера применения такого устройства ограничена. Тем не менее его можно подключить, скажем, к детекторному радиоприемнику (он должен быть нагружен на резистор 10 кОм) и с помощью головного телефона BF1 прослушивать передачи местной радиостанции.

Усиливаемый сигнал поступает на входные гнезда Х1, Х2, а напряжение питания (как и во всех остальных конструкциях этого автора, оно составляет 6 В — четыре гальванических элемента напряжением по 1,5 В, соединенных последовательно) подается на гнезда Х3, Х4. Делитель R1 R2 задает напряжение смещения на базе транзистора, а резистор R3 обеспечивает обратную связь по току, что способствует температурной стабилизации работы усилителя.

Как происходит стабилизация? Предположим, что под воздействием температуры увеличился ток коллектора транзистора. Соответственно увеличится падение напряжения на резисторе R3. В итоге уменьшится ток эмиттера, а значит, и ток коллектора — он достигнет первоначального значения.

Нагрузка усилительного каскада — головной телефон сопротивлением 60…100 Ом.

Проверить работу усилителя несложно, нужно коснуться входного гнезда Х1, например, пинцетом — в телефоне должно прослушиваться слабое жужжание, как результат наводки переменного тока. Ток коллектора транзистора составляет около 3 мА.

Двухкаскадный усилитель ЗЧ на транзисторах разной структуры (рис. 2).

Он выполнен с непосредственной связью между каскадами и глубокой отрицательной обратной связью по постоянному току, что делает его режим независящим от температуры окружающей среды. Основа температурной стабилизации — резистор R4, «работающий» аналогично резистору R3 в предыдущей конструкции.

Усилитель более «чувствительный» по сравнению с однокаскадным — коэффициент усиления по напряжению достигает 20. На входные гнезда можно подавать переменное напряжение амплитудой не более 30 мВ, иначе возникнут искажения, прослушиваемые в головном телефоне.

Проверяют усилитель, прикоснувшись пинцетом (или просто пальцем) входного гнезда Х1 — в телефоне раздастся громкий звук. Усилитель потребляет ток около 8 мА.

Эту конструкцию можно использовать для усиления слабых сигналов, например, от микрофона. И конечно, он позволит значительно усилить сигнал ЗЧ, снимаемый с нагрузки детекторного приемника.

Двухкаскадный усилитель ЗЧ на транзисторах одинаковой структуры (рис. 3).

Здесь также использована непосредственная связь между каскадами, но стабилизация режима работы несколько отличается от предыдущих конструкций. Допустим, что ток коллектора транзистора VT1 уменьшился. Падение напряжения на этом транзисторе увеличится, что приведет к увеличению напряжения на резисторе R3, включенном в цепи эмиттера транзистора VT2. Благодаря связи транзисторов через резистор R2, увеличится ток базы входного транзистора, что приведет к увеличению его тока коллектора. В итоге первоначальное изменение тока коллектора этого транзистора будет скомпенсировано.

Чувствительность усилителя весьма высока — коэффициент усиления достигает 100. Усиление в сильной степени зависит от емкости конденсатора С2 — если его отключить, усиление снизится. Входное напряжение должно быть не более 2 мВ.

Усилитель хорошо работает с детекторным приемником, с электретным микрофоном и другими источниками слабого сигнала. Ток, потребляемый усилителем, — около 2 мА.

Двухтактный усилитель мощности ЗЧ (рис. 4).

Он выполнен на транзисторах разной структуры и обладает усилением по напряжению около 10. Наибольшее входное напряжение может быть 0,1 В.

Усилитель двухкаскадный: первый собран на транзисторе VT1, второй — на VT2 и VT3 разной структуры. Первый каскад усиливает сигнал ЗЧ по напряжению, причем обе полуволны одинаково. Второй — усиливает сигнал по току, но каскад на транзисторе VT2 «работает» при положительных полуволнах, а на транзисторе VT3 — при отрицательных.

Режим по постоянному току выбран таким, что напряжение в точке соединения эмиттеров транзисторов второго каскада равно примерно половине напряжения источника питания. Это достигается включением резистора R2 обратной связи. Ток коллектора входного транзистора, протекая через диод VD1, приводит к падению на нем напряжения, которое является напряжением смещения на базах выходных транзисторов (относительно их эмиттеров), — оно позволяет уменьшить искажения усиливаемого сигнала.

Нагрузка (несколько параллельно включенных головных телефонов либо динамическая головка) подключена к усилителю через оксидный конденсатор С2. Если усилитель будет работать на динамическую головку (сопротивлением 8…10 Ом), емкость этого конденсатора должна быть минимум вдвое больше.

Обратите внимание на подключение нагрузки первого каскада — резистора R4. Его верхний по схеме вывод соединен не с плюсом питания, как это обычно делается, а с нижним выводом нагрузки.

Это так называемая цепь вольтодобавки, при которой в базовую цепь выходных транзисторов поступает небольшое напряжение ЗЧ положительной обратной связи, выравнивающее условия работы транзисторов.

Двухуровневый индикатор напряжения (рис. 5).

Такое устройство можно использовать, например, для индикации «истощения» батареи питания либо индикации уровня воспроизводимого сигнала в бытовом магнитофоне. Макет индикатора позволит продемонстрировать принцип его работы.

В нижнем по схеме положении движка переменного резистора R1 оба транзистора закрыты, светодиоды HL1, HL2 погашены. При перемещении движка резистора вверх, напряжение на нем увеличивается. Когда оно достигнет напряжения открывания транзистора VT1, вспыхнет светодиод HL1.

Если продолжать перемещать движок, наступит момент, когда вслед за диодом VD1 откроется транзистор VT2. Вспыхнет и светодиод HL2. Иными словами, малое напряжение на входе индикатора вызывает свечение только светодиода HL1, а большее — обоих светодиодов.

Плавно уменьшая входное напряжение переменным резистором, заметим, что вначале гаснет светодиод HL2, а затем — HL1. Яркость светодиодов зависит от ограничительных резисторов R3 и R6: при увеличении их сопротивлений яркость падает.

Чтобы подключить индикатор к реальному устройству, нужно отсоединить верхний по схеме вывод переменного резистора от плюсового провода источника питания и подать контролируемое напряжение на крайние выводы этого резистора. Перемещением его движка подбирают порог «срабатывания» индикатора.

При контроле только напряжения источника питания допустимо установить на месте HL2 светодиод зеленого свечения (АЛ307Г).

Трехуровневый индикатор напряжения (рис. 6).

Он выдает световые сигналы по принципу меньше нормы — норма — больше нормы. Для этого в индикаторе использованы два светодиода красного свечения и один — зеленого.

При некотором напряжении на движке переменного резистора R1 («напряжение в норме») оба транзистора закрыты и «работает» только зеленый светодиод HL3. Перемещение движка резистора вверх по схеме приводит к увеличению напряжения («больше нормы») на нем. Открывается транзистор VT1. Светодиод HL3 гаснет, а HL1 зажигается. Если движок перемещать вниз и уменьшать таким образом напряжение на нем («меньше нормы»), транзистор VT1 закроется, а VT2 откроется. Будет наблюдаться такая картина: вначале погаснет светодиод HL1, затем зажжется и вскоре погаснет HL3 и в заключение вспыхнет HL2.

Из-за низкой чувствительности индикатора получается плавный переход от погасания одного светодиода к зажиганию другого: еще не погас полностью, например, HL1, а уже зажигается HL3.

Триггер Шмитта (рис. 7).

Как известно, это устройство используется обычно для преобразования медленно изменяющегося напряжения в сигнал прямоугольной формы.

Когда движок переменного резистора R1 находится в нижнем по схеме положении, транзистор VT1 закрыт. Напряжение на его коллекторе высокое. В результате транзистор VT2 оказывается открытым, а значит, светодиод HL1 зажжен. На резисторе R3 образуется падение напряжения.

Медленно перемещая движок переменного резистора вверх по схеме, удастся достичь момента, когда произойдет скачкообразное открывание транзистора VT1 и закрывание VT2. Это случится при превышении напряжения на базе VT1 падения напряжения на резисторе R3. Светодиод погаснет.

Если после этого перемещать движок вниз, триггер возвратится в первоначальное положение — вспыхнет светодиод. Это произойдет при напряжении на движке меньшем, чем напряжение выключения светодиода.

Ждущий мультивибратор (рис. 8).

Такое устройство обладает одним устойчивым состоянием и переходит в другое только при подаче входного сигнала. При этом мультивибратор формирует импульс «своей» длительности независимо от длительности входного. Убедимся в этом, проведя эксперимент с макетом предлагаемого устройства.

В исходном состоянии транзистор VT2 открыт, светодиод HL1 светится. Достаточно теперь кратковременно замкнуть гнезда Х1 и Х2, чтобы импульс тока через конденсатор С1 открыл транзистор VT1. Напряжение на его коллекторе снизится, и конденсатор С2 окажется подключенным к базе транзистора VT2 в такой полярности, что тот закроется. Светодиод погаснет.

Конденсатор начнет разряжаться, ток разрядки потечет через резистор R5, удерживая транзистор VT2 в закрытом состоянии. Как только конденсатор разрядится, транзистор VT2 вновь откроется и мультивибратор перейдет снова в режим «ожидания».

Длительность формируемого мультивибратором импульса (продолжительность нахождения в неустойчивом состоянии) не зависит от длительности запускающего, а определяется сопротивлением резистора R5 и емкостью конденсатора С2. Если подключить параллельно С2 конденсатор такой же емкости, светодиод вдвое дольше будет оставаться в погашенном состоянии.

Сигнализатор перегрузки по току (рис.1).

Бывает, что вам нужно проследить за током, потребляемым нагрузкой, и в случае его превышения — вовремя отключить источник питания, чтобы не вышли из строя нагрузка или источник. Для выполнения подобной задачи служат сигнализаторы, извещающие о превышении нормы потребляемого тока. Особую роль выполняют такие устройства при коротком замыкании в цепи нагрузки.

Каков принцип работы сигнализатора? Понять его позволит предлагаемый макет устройства, выполненный на двух транзисторах. Если резистор R1 отключен от гнезд Х1, Х2, нагрузкой для источника питания (его подключают к гнездам Х3, Х4) будет цепь из резистора R2 и светодиода HL1 — он горит, информируя о наличии напряжения на гнездах Х1 и Х2. При этом ток протекает через датчик сигнализатора — резистор R6. Но падение напряжения на нем невелико, поэтому транзистор VT1 закрыт. Соответственно закрыт и транзистор VT2, светодиод HL2 погашен. Стоит подключить к гнездам Х1, Х2 дополнительную нагрузку в виде резистора R1 и увеличить таким образом общий ток, как падение напряжения на резисторе R6 увеличится. При соответствующем положении движка переменного резистора R7, которым устанавливают порог срабатывания сигнализатора, транзисторы VT1 и VT2 откроются. Вспыхнет светодиод HL2 и просигнализирует о критической ситуации. Светодиод HL1 продолжает светиться, сообщая о наличии напряжения на нагрузке.

А что будет при коротком замыкании в цепи нагрузки? Для этого достаточно замкнуть (на короткое время) гнезда Х1 и Х2. Снова вспыхнет светодиод HL2, а HL1 погаснет.

Движок переменного резистора можно установить в такое положение, при котором сигнализатор не будет реагировать на подключение резистора R1 сопротивлением 1 кОм, но «сработает», когда на месте дополнительной нагрузки окажется резистор, скажем, сопротивлением 300 Ом (он входит в состав набора).

Приставка «Цветной звук» (рис. 2).

Одна из популярных радиолюбительских конструкций — светодинамическая установка (СДУ). Ее еще называют «цветомузыкальной приставкой». При подключении такой приставки к источнику звука, на ее экране появляются самые причудливые цветовые всполохи.

Очередная конструкция набора — простейшее устройство, позволяющее познакомиться с принципом получения «цветного звука».

На входе приставки стоят два частотных фильтра — С1 R4 и R3C2. Первый из них пропускает высшие частоты, а второй — низшие. Выделенные фильтрами сигналы поступают на усилительные каскады, нагрузками которых являются светодиоды. Причем в канале высших частот стоит светодиод HL1 зеленого цвета свечения, а в канале низших частот — красного (HL2).
Источником сигнала звуковой частоты может стать, например, радиоприемник или магнитофон. К динамической головке одного из них нужно подключить два провода в изоляции и соединить их с входными гнездами Х1 и Х2 приставки. Прослушивая воспроизводимую мелодию, вы будете наблюдать вспышки светодиодов. Кроме того, нетрудно различать «реакцию» светодиодов на звуки той или иной тональности. Скажем, при звуках барабана будет вспыхивать светодиод красного цвета свечения, а звуки скрипки вызовут вспышки светодиода зеленого цвета. Яркость светодиодов устанавливают регулятором громкости источника звукового сигнала.

Индикатор температуры (рис. 3).

Всем известен обычный ртутный термометр, столбик которого поднимается при повышении температуры тела. В данном случае датчиком является ртуть, расширяющаяся с нагревом.

Существует немало электронных компонентов, также чувствительных к температуре. Они порой становятся датчиками в приборах, предназначенных для измерения температуры, скажем, окружающей среды, или индикации превышения ее заданной нормы.

В качестве такого термочувствительного элемента в предлагаемом макете использован кремниевый диод VD1. Он включен в эмиттерную цепь транзистора VT1. Начальный ток через диод задают (переменным резистором R1) такой, чтобы светодиод HL1 едва светился.

Если теперь прикоснуться к диоду пальцем или каким-либо нагретым предметом, его сопротивление уменьшится, а значит, уменьшится и падение напряжения на нем. В итоге увеличится коллекторный ток транзистора VT1 и падение напряжения на резисторе R3. Транзистор VT2 начнет закрываться, a VT3, наоборот, открываться. Яркость светодиода будет возрастать. После охлаждения диода яркость светодиода достигнет первоначального значения.

Аналогичные результаты удастся получить, если нагревать транзистор VT1. А вот нагрев транзистора VT2, а тем более VT3 на яркости светодиода практически не скажется — слишком мало изменение тока через них.

Эти эксперименты показывают, что параметры полупроводниковых приборов (диодов и транзисторов) зависят от температуры окружающей среды.

Источник: http://www.cxem.net

Полевой транзистор-линейный и нелинейный резистор | PRACTICAL ELECTRONICS

Полевые транзисторы с управляющим р-n переходом были теоретически обоснованы в 1952 г. Тогда они назывались униполярными полевыми транзисторами. Им были свойственны лучшие качества электронных ламп: высокое входное сопротивление, подача отрицательного напряжения смещения на управляющий электрод (затвор), малый уровень шумов. Однако имелись и недостатки: низкие рабочие напряжения, большой разброс параметров.

В полевом транзисторе с р-n переходом затвором является слой полупроводника, тип проводимости которого (p-тип) противоположен типу проводимости канала (n-тип). Управляющий р-n переход, обратно смещенный относительно канала, осуществляет воздействие на размеры и, соответственно, проводимость канала полевого транзистора. Увеличение отрицательного потенциала вызывает сужение канала, уменьшающее его проводимость, и наоборот.

Нормальный режим работы полевого транзистора с каналом n-типа обеспечивается подачей отрицательного смещения на затвор и положительного напряжения на сток. Другой разновидностью полевого транзистора с р-n переходом является транзистор с каналом р-типа. Он отличается полярностью подаваемых напряжений (рис. 1). Наиболее распространенным в радиолюбительских схемах типом транзистора с р-n переходом и каналом p-типа является КП103, а с каналом n-типа – КП303.

Рис. 1 Графики ВАХ полевых транзисторов с управляющим р-n-переходом

Рис. 1 Графики ВАХ полевых транзисторов с управляющим р-n-переходом

Графики вольт-амперных характеристик полевого транзистора с управляющим р-n переходом показаны на рис. 1. На нем наглядно представлены графические значения его основных параметров. Рассмотрим их.

Ток насыщения в цепи стока транзистора (или начальный ток стока — IСнач), включенного по схеме с общим истоком, при Uзи = 0 характерен лишь для полевого транзистора с управляющим р-n переходом.

Ток стока в другой рабочей точке можно рассчитать по формуле:

где UOTC — напряжение отсечки.

Приведенное уравнение является приближенным для характеристики передачи любого полевого транзистора. Значение показателя степени у реальных полевых транзисторов имеет разброс от 1,5 до 2,5 и объясняется конструктивно-технологическими различиями.

Напряжение отсечки UOTC — один из основных классификационных параметров. При напряжении на затворе, численно равном напряжению отсечки, канал полевого транзистора практически полностью перекрывается, и ток стока при этом стремится к нулю.

Измерение истинного значения напряжения отсечки (при полном перекрытии канала) произвести довольно трудно, так как при этом приходится иметь дело с чрезвычайно малыми токами стока, зависящими к тому же от сопротивления изоляции. В справочных данных на полевые транзисторы всегда указывается, при каком значении тока стока произведены измерения напряжения отсечки. Например, для транзисторов КП102 напряжения UOTC регламентируются при токе стока 20 мкА.

Входное сопротивление полевого транзистора с р-n переходом со стороны управляющего электрода составляет 10 в 7. ..9 степени Ом. Так как входные токи весьма малы, то управление током нагрузки осуществляется входным напряжением. Поэтому усилительные свойства полевых транзисторов, как и электронных ламп, целесообразно характеризовать крутизной характеристики (S).

Крутизна характеристики полевого транзистора при Uси = const:

Максимальное значение крутизны характеристики SMAKC наблюдается при UЗИ = 0

Крутизна характеристики у полевых транзисторов на 1-2 порядка меньше, чем у биполярных, поэтому при малых сопротивлениях нагрузки коэффициент усиления каскада на полевом транзисторе меньше коэффициента усиления аналогичного каскада на биполярном транзисторе.

Выражение для крутизны характеристики полевого транзистора в рабочей точке выглядит так:

где UЗИ — напряжение между затвором и истоком, при котором определяется S.

Полезно помнить практическое соотношение SMAKC = 2IСнач/UOTC. Оно позволяет по двум известным параметрам определить третий.

Выходные ВАХ полевого (рис. 2а) и биполярного транзисторов (рис. 2б) отличаются.

Рис. 2. Выходные ВАХ полевого транзистора (а) и биполярного (б)

Рис. 2. Выходные ВАХ полевого транзистора (а) и биполярного (б)

На начальном участке зависимости (при малых значениях Uси) крутые (рис. 3), и сопротивление канала полевого транзистора пропорционально зависит от Uси. В таком режиме полевой транзистор используется в схемах управляемых делителей (аттенюаторов), а также аналоговых ключей.

Рис. 3. Выходная ВАХ полевого транзистора

Рис. 3. Выходная ВАХ полевого транзистора

При больших значениях Uси выходные характеристики полевого транзистора имеют более пологий наклон, что соответствует большому выходному сопротивлению. Полевой транзистор, как и биполярный, при неизменном напряжении смещения на управляющем электроде обеспечивает в выходной цепи почти неизменный стабильный постоянный ток. Это свойство широко используется в схемах каскодных усилителей и схемах стабилизации тока. На них мы и остановимся подробнее.

Токостабилизирующие свойства полевого транзистора определяются выходными ВАХ. Практическая ценность полевых транзисторов заключается в том, что максимум два элемента, транзистор и резистор, образуют токостабилизирующий двухполюсник (рис. 4), который можно включать в любую цепь схемы.

Рис. 4

Рис. 4

Выходное дифференциальное сопротивление такого двухполюсника может достигать десятков и сотен килоом. Недостаток схем стабилизации тока на полевых транзисторах — высокое значение минимального напряжения стабилизации — с лихвой компенсируется простотой схемотехники.

Кроме того, можно существенно повысить параметры токостабилизирующих двухполюсников на полевых транзисторах, соединив два транзистора (рис. 5, 6). В таких схемах выходное дифференциальное сопротивление может достигать величины в несколько мОм.

Рис. 5

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 6

Существенным недостатком полевого транзистора и схем на его основе является зависимость параметров от температуры (рис. 7). Как видно, ток стока уменьшается с ростом температуры, но определенным выбором рабочей точки его температурный уход можно снизить. Однако такая термостабильная точка всего одна, да и величина рабочего тока стока мала — всего около 0,1…0,2 мА.

Рис. 7 Зависимость тока стока от температуры

Рис. 7 Зависимость тока стока от температуры

Вторая термостабильная точка полевого транзистора реализуется в схеме на рис. 8.

Рис. 8. Токостабилизирующий двухполюсник с регулируемым температурным коэффициентом

Рис. 8. Токостабилизирующий двухполюсник с регулируемым температурным коэффициентом

Вместо резистора смещения для увеличения значения термостабильного тока стока между затвором и истоком включен двухполюсник опорного элемента на транзисторах. Величина стабильного в диапазоне темпера­тур тока составляет около 2. ..2,5 мА, что существенно выше, чем в предыдущем случае и приемлемо во мно­гих схемных решениях. Кроме того, в такой схеме имеется возможность устанавливать желаемую величину температурного ухода тока стока путем выбора соотношения резисторов R1 и R2.

Тиристоры — дискретные полупроводниковые приборы и схемы

тиристоры

Дискретные полупроводниковые приборы и схемы

Вопрос 1

Не просто сидеть там! Постройте что-нибудь !!

Обучение математическому анализу схем требует большого изучения и практики. Как правило, студенты практикуют, работая над множеством пробных проблем и проверяя их ответы на ответы, полученные от учебника или инструктора. Хотя это хорошо, есть намного лучший способ.

Вы узнаете гораздо больше, фактически создавая и анализируя реальные схемы, позволяя вашему тестовому оборудованию предоставлять «ответы» вместо книги или другого человека. Для успешных упражнений для построения схем выполните следующие действия:

  1. Тщательно измерьте и запишите все значения компонентов до построения схемы, выбирая значения резисторов, достаточно высокие, чтобы не повредить любые активные компоненты.
  2. Нарисуйте схему схемы, подлежащей анализу.
  3. Осторожно постройте эту схему на макете или другом удобном носителе.
  4. Проверьте правильность конструкции схемы, следуя каждому проводу каждой точке подключения и проверив эти элементы по одному на диаграмме.
  5. Математически проанализируйте схему, решив для всех значений напряжения и тока.
  6. Тщательно измерьте все напряжения и токи, чтобы проверить точность анализа.
  7. Если есть существенные ошибки (более нескольких процентов), тщательно проверьте конструкцию вашей схемы на диаграмме, затем тщательно пересчитайте значения и заново измерьте.

Когда ученики впервые узнают о полупроводниковых устройствах и, скорее всего, могут повредить их, создав неправильные соединения в своих схемах, я рекомендую им экспериментировать с большими высокомощными компонентами (выпрямительные диоды 1N4001, силовые транзисторы TO-220 или TO-3 и т. д.), а также использование источников энергии с использованием сухого элемента, а не настольного источника питания. Это уменьшает вероятность повреждения компонентов.

Как обычно, избегайте очень высоких и очень низких значений резисторов во избежание ошибок измерения, вызванных «загрузкой» счетчика (на верхнем конце) и во избежание выгорания транзистора (на нижнем конце). Я рекомендую резисторы между 1 кОм и 100 кОм.

Один из способов экономии времени и снижения вероятности ошибки — начать с очень простой схемы и постепенно добавлять компоненты, чтобы повысить ее сложность после каждого анализа, а не создавать целую новую схему для каждой проблемы с практикой. Другой способ экономии времени — повторное использование тех же компонентов в различных конфигурациях схем. Таким образом, вам не придется измерять значение какого-либо компонента более одного раза.

Показать ответ

Пусть сами электроны дают вам ответы на свои «практические проблемы»!

Заметки:

По моему опыту, студенты требуют много практики, чтобы провести анализ схем, чтобы стать опытным. С этой целью инструкторы обычно предоставляют своим ученикам множество практических проблем для работы и дают ответы студентам, чтобы проверить их работу. Несмотря на то, что этот подход позволяет студентам хорошо разбираться в теории схем, он не может полностью обучить их.

Студентам нужна не только математическая практика. Они также нуждаются в реальных практических схемах построения практики и использовании испытательного оборудования. Поэтому я предлагаю следующий альтернативный подход: ученики должны создавать свои «практические проблемы» с реальными компонентами и пытаться математически предсказать различные значения напряжения и тока. Таким образом, математическая теория «оживает», и ученики получают практическое знание, которое они не получат, просто путем решения уравнений.

Еще одна причина следовать этому методу практики — научить студентов научным методам : процесс проверки гипотезы (в данном случае математических предсказаний) путем проведения реального эксперимента. Студенты также будут разрабатывать реальные навыки устранения неполадок, поскольку они иногда вызывают ошибки построения схемы.

Проведите несколько минут с вашим классом, чтобы просмотреть некоторые «правила» для построения схем до их начала. Обсудите эти проблемы со своими учениками в том же сократическом ключе, что обычно обсуждаете вопросы рабочего листа, а не просто рассказываете им, что им нужно и чего не следует делать. Я никогда не перестаю удивляться тому, как плохо учащиеся понимают инструкции, когда они представлены в типичном формате лекции (инструктор-монолог)!

Обратите внимание на тех инструкторов, которые могут жаловаться на «потраченное впустую» время, требуя, чтобы учащиеся строили реальные схемы вместо того, чтобы просто математически анализировать теоретические схемы:

Какова цель студентов, которые берут ваш курс «панель панелей панелей панелей по умолчанию»,

вопрос 2

Все тиристорные устройства обладают свойством гистерезиса . С электрической точки зрения, что такое «гистерезис»? Как это поведение отличается от поведения «нормальных» активных полупроводниковых компонентов, таких как биполярные или полевые транзисторы?

Показать ответ

После включения тиристор имеет тенденцию оставаться в состоянии «о» и наоборот.

Заметки:

Гистерезисное действие тиристоров часто называют фиксацией . Попросите ваших учеников связать этот термин с действием тиристора. Почему «фиксирует» подходящий термин для такого поведения? Могут ли ваши ученики думать о любых приложениях для такого устройства?

Вопрос 3

Что требуется для того, чтобы диод Шокли или DIAC начали проводить ток? Какое условие (состояния) должно выполняться для того, чтобы электрическая проводимость проходила через одно из этих устройств?

Также объясните, что необходимо сделать, чтобы остановить поток электрического тока через диод Шокли или DIAC.

Показать ответ

Включить: падение напряжения на устройстве должно превышать определенное пороговое напряжение ( напряжение перебоя ) до проведения проводимости.

Выключить: ток через устройство должен быть доведен до минимального уровня, прежде чем устройство перестанет работать ( малоточный отсек ).

Заметки:

Хотя ответ может показаться очевидным для многих, стоит спросить своих учеников, как поведение диода Шокли сравнивается с нормальным (выпрямляющим) диодом. Тот факт, что диод Шокли называется «диодом» вообще, может обмануть некоторых ваших учеников мыслью, что он ведет себя как обычный диод.

Попросите учащихся объяснить, как эти два устройства (диоды Шокли и выпрямляющие диоды) похожи. В чем они отличаются?

Еще один хороший вопрос для обсуждения — различие между диодом Шокли и диодом Шоттки . Хотя имена очень похожи, эти два устройства, безусловно, нет!

Вопрос 4

Выпрямители с силиконовым управлением (SCR) могут быть смоделированы по следующей транзисторной схеме. Объясните, как эта схема функционирует при наличии и отсутствии «запускающего» импульса напряжения на клемме затвора:

Показать ответ

Положительная обратная связь, присущая этой схеме, дает ей гистерезисные свойства: после срабатывания «включено» она имеет тенденцию оставаться включенной. Когда «выключено», оно имеет тенденцию оставаться выключенным (до срабатывания).

Заметки:

Попросите учащихся продемонстрировать положительную реакцию «фиксации» этой схемы, нарисуя направления тока на диаграмме для класса, чтобы увидеть (на доске, в виду каждого). Спросите своих учеников, почему цепь «ждет», пока импульс включения не включится, и почему он «защелкивается» после срабатывания.

Вопрос 5

Здесь приведена иллюстрация большого типа SCAR-типа «шпилька», где корпус навинчен так, что он крепится к металлическому основанию, как резьба болта, в гайку:

Без тестового инструмента, кроме простого тестера непрерывности (аккумулятор и лампочка, подключенные последовательно, с двумя измерительными проводами), как вы могли определить идентификаторы трех терминалов на этом SCR «# 5»> Показать ответ Скрыть ответ

Самый маленький терминал (сверху) — это ворота. Идентичность катода и анода может быть определена путем подключения одного тестового провода к клемме затвора и касания другого тестового провода к любому из других терминалов.

Заметки:

Спросите своих учеников, как они знают, что терминал ворот является самым маленьким. Почему это было бы самым маленьким? Должен ли он быть самым маленьким терминалом? Зачем? Кроме того, спросите их, что индикация непрерывности будет отличать катод от анода в тесте непрерывности, описанном в ответе.

Вопрос 6

Объясните, что происходит в каждой из этих схем при нажатии кнопочного выключателя и затем отпускается:

Показать ответ

Лампа схемы SCR активируется при включении переключателя и остается включенным после отпускания переключателя. Лампа цепи TRIAC активируется при включении переключателя и сразу же отключается при отпускании переключателя.

Последующий вопрос: объясните, почему эти схемы не ведут себя одинаково. Не являются SCR и TRIACs как тиристорные (гистерезисные) устройства «заметки скрыты»> Примечания:

Этот вопрос затрагивает очень распространенное недоразумение, которое учащиеся имеют о TRIAC в цепях переменного тока. Студенты часто ошибочно полагают, что TRIACs защелкнет мощность переменного тока, как SCR, фиксирует мощность постоянного тока, просто потому, что TRIAC также является гистерезисным устройством. Однако это не так!

Можно было бы подумать, какая польза от гистерезиса TRIAC в цепи переменного тока? Если фиксация невозможна в цепи переменного тока, то почему у TRIAC вообще нет? Это очень хороший вопрос, и его ответ заключается в работе TRIAC в период времени цикла питания переменного тока, который намного быстрее, чем могут видеть человеческие глаза.

Вопрос 7

Объясните, что необходимо сделать для SCR, чтобы включить его и отправить питание на лампочку:

Затем объясните, что нужно сделать, чтобы выключить SCR, чтобы лампочка отключилась.

Показать ответ

Я позволю вам изучить ответы на эти вопросы!

Заметки:

Пусть учащиеся объясняют (или даже демонстрируют) свои ответы. Для учащихся чрезвычайно важно понять, что SCR являются тиристорами, «фиксирующимися» и включающими временные стимулы. В этом отношении они существенно отличаются от транзисторов.

Вопрос 8

Когда SCR фиксируется, он падает очень мало напряжения между анодом и катодом. Объясните, почему это так, и какая польза от этого дает SCR по транзисторам при проведении токов большой нагрузки.

Показать ответ

Составляющие транзисторы SCR в значительной степени приводят к насыщению в его проводящем состоянии с минимальным потреблением тока (затвора).

Последующий вопрос: как внутренняя работа SCR объясняет его очень быстрое время включения, в дополнение к объяснению его низкого напряжения падения напряжения «заметки скрыты»> Примечания:

Ключ к тому, чтобы полностью ответить на вопрос, почему SCR так сильно водится во время проводимости, найден в принципе положительной обратной связи . Обсудите этот принцип со своими учениками, если они еще не изучили его. Если они уже изучили его, используйте этот вопрос в качестве возможности для обзора.

Вопрос 9

Объясните, что такое TRIAC, и как он сразу подобен и отличается от SCR. Какие приложения могут использовать TRIAC в том, что SCR будет неуместным?

Показать ответ

«TRIAC» функционирует как два блока SCR с обратным параллельным подключением, чтобы иметь возможность управлять AC, а не только DC.

Последующий вопрос: нарисуйте эквивалентную схему для TRIAC.

Заметки:

Популярным приложением для TRIAC является регулирование яркости лампы, для линейных ламп накаливания (50 или 60 Гц). Если позволяет время, обсудите со своими учениками, как эти схемы диммера лампы управляют мощностью лампы в соответствии с PWM (широтно-импульсная модуляция).

Вопрос 10

Обозначьте клеммы на TRIAC с их соответствующими обозначениями:

Показать ответ

Заметки:

Спросите своих учеников, где они нашли эту информацию. Было ли это из учебника, таблицы данных или какого-либо другого источника «панель панелей панелей панелей по умолчанию»,

Вопрос 11

Объясните, как Silicon-Controlled Rectifier (SCR) отличаются от TRIAC с точки зрения их соответствующего поведения.

Показать ответ

TRIAC являются двусторонними версиями SCR.

Заметки:

Ответ, который я даю, очень минимален по дизайну. Студенты должны знать, что означает «двусторонний» со ссылкой на электронные компоненты, но этот вопрос дает хорошую возможность для них учиться, если они этого не делают!

Вопрос 12

Некоторые SCR и TRIAC рекламируются как устройства с секретными затворами . Что это значит? В чем разница между SCR «чувствительных ворот» и SCR с «нечувствительными воротами»?

Показать ответ

SCR и TRIAC с «чувствительными воротами» напоминают идеализированные устройства, иллюстрированные в учебниках. SCR и TRIAC с «нечувствительными» затворами намеренно «десенсибилизируются» путем добавления внутреннего нагрузочного резистора, подключенного к клемме затвора.

Последующий вопрос: где будет подключаться этот нагрузочный резистор, в следующей эквивалентной схеме для SCR?

Заметки:

Спросите своих учеников, почему тиристор, такой как SCR или TRIAC, должен быть «снят сенсибилизирован» путем добавления нагрузочного резистора «панель панелей панелей панелей по умолчанию»,

Вопрос 13

Объясните, что такое схема лома, и как он использует SCR для защиты цепи от чрезмерного напряжения.

Показать ответ

Схема «лома» использует SCR для фиксации выходного напряжения источника постоянного тока в случае случайного перенапряжения таким же образом, что (литеральный) металлический лоб, выброшенный через клеммы источника питания, принудительно зажимает выходное напряжение,

Заметки:

Обсудите с учащимися, считают ли они, что схема лома — это такой механизм, который видит регулярное использование, или он редко активируется.

Вопрос 14

Что такое quadrac и как он отличается от обычного TRIAC?

Показать ответ

«Quadrac» — это TRIAC с встроенным DIAC, соединенным последовательно с клеммой затвора.

Заметки:

Спросите своих студентов, какая польза от квадроцикла будет за регулярный TRIAC.

Вопрос 15

Ученик электроники недавно научился создавать схемы усилителей звука, и это вдохновляет мечты о разработке супермощного усилителя для домашней развлекательной системы. Однажды этот студент сталкивается с пожертвованием электронных компонентов из местного бизнеса, и в этом пожертвовании находятся несколько промышленных SCR, рассчитанных на 20 ампер каждый.

«Вау, — говорит студент, — эти компоненты выглядят как действительно большие транзисторы, но они рассчитаны на большой поток. Я мог бы построить с ними огромный усилитель!

Студент подходит к вам за советом, потому что вы недавно узнали, как SCR функционируют в вашем классе электроники. Что вы говорите студенту относительно использования SCR в качестве устройств для усиления звука? Как вы объясните этому возбужденному ученику, что эти устройства не будут работать в схеме усилителя?

Показать ответ

Я позволю вам определить причину, по которой SCR не могут использоваться в качестве устройств усиления звука.

Заметки:

Верьте или нет, меня когда-то подошел восторженный студент с этим вопросом!

Вопрос 16

Один из способов, с помощью которого SCR могут запускаться в их состояние «включено», — это переходное напряжение, подаваемое между анодным и катодным терминалами. Обычно этот метод запуска считается недостатком устройства, поскольку он открывает возможность нежелательного запуска, вызванного нарушениями напряжения питания.

Объясните, почему высокий (dv / dt), присутствующий на шине питания, способен запускать SCR со ссылкой на эквивалентную схему SCR. Также укажите, какие средства могут использоваться для предотвращения ложного срабатывания от переходных процессов питания.

Показать ответ

Паразитические (Miller-effect) емкости внутри биполярной структуры SCR делают устройство уязвимым для переходных процессов напряжения, большие (dv / dt) скорости, создающие базовые токи, достаточно большие, чтобы инициировать проводимость. Для уменьшения этих эффектов обычно предусмотрены схемы демпфера:

Заметки:

Выражение (dv / dt) является, конечно, термином исчисления, означающим скорость изменения напряжения во времени. Важной концепцией обзора для этого вопроса является формула «Закон Ома» для емкости:

Только понимая эффекты быстро меняющегося напряжения на емкости, студенты могут понять, почему большие скорости (dv / dt) могут вызвать проблемы для SCR.

Вопрос 17

Определите три разных способа, с помощью которых SCR или TRIAC могут быть запущены в его состояние «включено» (проводящее):

1.
2.
3.
Показать ответ
1. Применение импульса напряжения на клемме затвора
2. Превышение напряжения «размыкания» анода на катоде
3. Превышение «критической скорости нарастания» для анодно-катодного напряжения ((dv / dt))

Заметки:

Хотя инициирование ворот является наиболее распространенным методом инициирования проводимости через SCR и TRIAC, важно, чтобы ученики понимали, что это не единственный способ. Другие два метода, связанные с напряжением, приложенным между анодным и катодным терминалами (или терминалами MT1-MT2) устройства, часто являются случайными способами запуска.

Обязательно обсудите со своими учениками причину, по которой чрезмерный (dv / dt) может запускать тиристор, основанный на исследовании межэлектродной емкости в транзисторах тиристорной модели.

Вопрос 18

Определите два разных способа, с помощью которых SCR или TRIAC могут быть принудительно переведены в его «выключенное» (непроводящее) состояние:

1.
2.
Показать ответ
1. Низкий ток отключения (прерывание тока с помощью какого-либо другого переключающего устройства)
2. «Реверсивное стрельба» затвора с импульсом напряжения «неправильной» полярности

Заметки:

Хотя низкоточное отсечение является наиболее распространенным методом прекращения проводимости через SCR и TRIAC, важно, чтобы ученики понимали, что это не единственный способ. Другой метод, однако, часто очень трудно достичь с помощью обычных SCR или TRIAC.

Вопрос 19

Однополюсный транзистор или UJT — интересное устройство, проявляющее гистерезис, подобно SCR и TRIAC. Его схематический символ выглядит следующим образом:

Одна эквивалентная принципиальная схема UJT использует пару транзисторов и пару резисторов:

Когда два базовых терминала UJT подключены через источник постоянного напряжения, два базовых сопротивления (R B1 и R B2 ) образуют делитель напряжения, разделяя приложенное напряжение на меньшие части:

Какое напряжение и какая полярность должны быть применены к клемме эмиттера UJT, чтобы включить его «# 19»> Показать ответ Скрыть ответ

V P V BB R B1

R B1 + R B2

+ 0, 7

Последующий вопрос: как определяется коэффициент противостояния для UJT, и как это уравнение можно переписать, чтобы включить его?

Заметки:

Соотношение простоя является, пожалуй, самым важным параметром UJT, учитывая функцию гистерезисного переключения этого устройства. Записывая уравнение для триггерного напряжения (V P ) и понимая определение коэффициента противостояния, студенты должны помнить формулу делителя напряжения из своих исследований в цепях постоянного тока:

V R = V всего  р

Всего

 

Этот вопрос дает хорошую возможность рассмотреть работу цепей делителя напряжения и, в частности, эту формулу.

Вопрос 20

Однородный транзистор с собственным коэффициентом простоя (η) 0, 8 питается от источника постоянного напряжения 15 вольт. Вычислите напряжение эмиттера, необходимое для «запуска» этого UJT в его проводящее состояние.

Показать ответ

V P ≈ 12, 7 вольт

Заметки:

Ничего особенного здесь, просто практика расчета триггерного напряжения. Обратите внимание на ваших учеников, что символом внутреннего коэффициента противостояния (η) является греческая буква «eta», которая также используется для обозначения эффективности.

Вопрос 21

Опишите, что происходит с UJT, когда потенциометр медленно настроен вверх, чтобы обеспечить переменное напряжение в точке A в этой цепи, начиная с 0 вольт и заканчивая на триггерное напряжение V P :

Теперь опишите, что должно быть сделано для потенциометра, чтобы заставить UJT снова отступить.

Показать ответ

UJT останется в непроводящем состоянии, так как напряжение потенциометра увеличивается от 0 вольт до достижения V P. При этом напряжении UJT включается и остается включенным. Чтобы выключить UJT, потенциометр должен быть отрегулирован назад на напряжение до тех пор, пока ток в точке А не уменьшится до определенного значения «выпадения».

Заметки:

Попросите ваших учеников описать, как гистерезис демонстрируется UJT в этом сценарии.

Вопрос 22

В этой схеме используется односторонний транзистор (UJT) для фиксации светодиода в состоянии «включено» с положительным импульсом на входе. Отрицательный импульс напряжения на входной клемме отключает светодиод:

Объясните, как функционирует однополярный транзистор в этой цепи.

Показать ответ

Однополюсные транзисторы являются гистерезисными, как и все тиристоры. Положительный импульс на клемму эмиттера фиксирует UJT, а отрицательный импульс заставляет его «выпадать».

Задача вопроса: какова цель резистора R 3 в этой схеме «заметки скрыты»> Примечания:

Попросите учащихся определить терминалы на UJT. Обозначения для каждого терминала могут быть неожиданными для ваших учеников, учитывая названия биполярных транзисторных терминалов!

На заданный вопрос можно ответить, только если внимательно рассмотреть характеристики светодиода. Резистор R 3 помогает преодолеть проблемы, которые могут возникнуть из-за нелинейности диода в выключенном состоянии.

Я получил эту схему от октябрьского выпуска 2003 года

в их регулярных разделах «Целевые идеи». Дизайн приписывают Андре де Герин.

Вопрос 23

Предскажите, как повлияет на работу этой схемы защелки UJT в результате следующих сбоев. Рассматривайте каждую ошибку независимо (т.е. по одному, без кратных ошибок):

Конденсатор C 1 не работает:
Конденсатор C 1 замыкается:
Резистор R 1 не работает:
Паяный мост (короткий) прошлый резистор R 1 :
Резистор R 2 не работает:
Припойный мост (короткий) резистор R 2 :

Для каждого из этих условий объясните, почему возникнут результирующие эффекты.

Показать ответ

Невозможно открыть конденсатор C 1 : ни один кнопочный переключатель не влияет на светодиод.
Конденсатор C 1 не замыкается: цепь работает нормально.
Резистор R 1 не работает: светодиод всегда выключен, не включается.
Паяный мост (короткий) прошлый резистор R 1 : светодиод всегда горит, отказывается выключить.
Резистор R 2 не работает: светодиод горит постоянно, отказывается выключить.
Паяный мост (короткий) прошлый резистор R 2 : светодиод всегда выключен, не включается.

Заметки:

Цель этого вопроса заключается в том, чтобы подойти к области устранения неисправностей схемы с точки зрения понимания того, что такое ошибка, а не только знать, что такое симптомы. Хотя это не обязательно реалистичная перспектива, это помогает студентам создавать фундаментальные знания, необходимые для диагностики неисправной схемы из эмпирических данных. Такие вопросы должны сопровождаться (в конечном итоге) другими вопросами, которые задают учащимся определение вероятных ошибок на основе измерений.

Вопрос 24

Определите по меньшей мере три типа тиристоров (помимо SCR):

1.
2.
3.
Показать ответ
1. DIAC
2. ТРИАК
3. Quadrac (TRIAC + DIAC)
4. Диод Шокли
5. ГТО
6. UJT
7. СКС

Заметки:

Попросите своих учеников идентифицировать еще больше типов тиристоров, если они могут!

Вопрос 25

Найдите один или два кремниевых выпрямителя и приведите их к себе в класс для обсуждения. Определите как можно больше информации о своих SCR перед обсуждением:

Идентификация терминала (какой терминал представляет собой вентиль, анод и катод)
Постоянное напряжение
Постоянный ток
Непрерывная мощность
Независимо от того, является ли это устройством с чувствительным затвором
Показать ответ

Если возможно, найдите спецификацию производителя для ваших компонентов (или, по крайней мере, техническое описание для аналогичного компонента), чтобы обсудить с вашими одноклассниками.

Будьте готовы подтвердить терминальные идентификаторы ваших SCR в классе, используя мультиметр!

Заметки:

Цель этого вопроса — заставить учащихся кинестетически взаимодействовать с предметом. Это может показаться глупым, когда учащиеся участвуют в упражнении «показать и рассказать», но я обнаружил, что такие действия очень помогают некоторым ученикам. Для тех учеников, которые являются кинестетическими по своей природе, это отличная помощь для фактического контакта с реальными компонентами, когда они узнают о своей функции. Разумеется, этот вопрос также дает прекрасную возможность практиковать интерпретацию компонентных меток, использование мультиметра, таблиц доступа и т. Д.

  • ← Предыдущая работа

  • Индекс рабочих листов

  • Следующая рабочая таблица →

Чем резистор отличается от транзистора?

Здесь мы очень кратко обсуждаем разницу между резистором и транзистором.

Транзистор означает передачу сопротивления , поэтому его название имеет значение для сопротивления. Транзистор представляет собой трехвыводной активный элемент. Может работать в 3-х регионах.

  • 1) активный
  • 2) клипса
  • 3) насыщенность

в области отсечки транзистор действует как разомкнутая цепь или, можно сказать, оказывает большое сопротивление протеканию тока.

В области насыщения транзистор действует как короткое замыкание или, можно сказать, оказывает незначительное сопротивление протеканию тока.

Так что транзистор — это просто передача сопротивления.

Разница между транзистором и резистором по принципу работы

Транзистор: Транзистор — это электронное устройство, используемое для управления потоком электрического тока. Это миниатюрные клетки мозга компьютера, сделанные из кремния, химического элемента, обычно содержащегося в песке.Как правило, транзисторы используются в огромном количестве электрических устройств, таких как портативные стереосистемы, карманные калькуляторы, персональные компьютерные игры и т. д. Они состоят из трех слоев полупроводникового материала, каждый из которых способен выдерживать ток.

Сопротивление: Резистор представляет собой электронный компонент, который ограничивает или ограничивает протекание тока и делит напряжение в электронной цепи. Его основная цель — обеспечить точное электрическое сопротивление. Это один из самых важных пассивных компонентов электронной промышленности, поскольку без этих компонентов активные устройства не могут обрабатывать электрические сигналы.Резисторы в основном добавляются в схемы, где они дополняют активные компоненты, такие как операционные усилители, микроконтроллеры, интегральные схемы и т. д.

Разница в использовании транзистора и резистора

Эти два компонента используются в электронике. они оба эволюционировали и уменьшились в размерах. есть много типов обоих.

Я бы посчитал, что разница между активом и пассивом, пожалуй, самая важная, но если вы не понимаете, что такое актив и пассив, это ничего не значит.активная функциональность транзистора позволяет другим частям схемы изменять состояние. оба компонента встречаются в большинстве электронных продуктов и во многих других.

Работа или использование резистора проще, чем транзистора.

Сопротивление с фиксированной величиной сопротивления, которое не меняется, также имеет только две клеммы, вход и выход, выход зависит от входа и сопротивления.

Транзистор подобен резистору, за исключением того, что резистор может управляться вторым входом, называемым базовым входом; Следует также отметить, что вход затвора транзисторов является передатчиком, а выход коллектором (его обратная причина).

, если на вход базы подается отрицательный ток, сопротивление увеличивается, что препятствует прохождению тока от эмиттера к коллектору, что позволяет транзистору действовать как переключатель. Если на базу подается положительный ток, а к передатчику подключен второй источник отрицательного тока, входной сигнал будет усиливаться пропорционально току базы.

Транзистор

против резистора: в чем разница?

В электронике часто путают термины или жаргон, особенно когда речь идет о транзисторах и резисторах.

Однако проблема заключается не только в том, как мы их назвали. Именно их функции могут сбить с толку новичков. У нас есть полный список всех компонентов печатных плат на нашем веб-сайте. Однако мы подумали, что пришло время дать подробное объяснение различий между этими транзисторами и резисторами, чтобы прояснить любую путаницу.

К концу этого руководства вы должны иметь полное представление о функциях этих компонентов, а также о том, как вы можете использовать их в своем следующем проекте электроники.Без лишних слов…

Что такое транзистор?


Транзисторы

Транзисторы

— одно из самых значительных изобретений прошлого века. Название «транзистор» представляет собой сочетание слов «транзистор против резистора». Это электронный компонент, встречающийся в различных схемах, и мы используем его для усиления или переключения электронных сигналов и электроэнергии. В основном мы используем транзисторы в интегральных схемах. Однако нередко их можно получить для использования во внешней цепи.

На рынке доступно множество различных транзисторов. Каждый транзистор имеет свой электронный символ. Наиболее распространенные типы транзисторов:

  • Биполярные транзисторы (BJT)
  • Полевой транзистор (FET)
  • Однопереходный транзистор (UJT)

Транзисторы, как и светодиоды, являются полупроводниковыми устройствами. Как таковые, они обычно содержат кремний. Однако небольшой процент может содержать и германий.

Транзистор против резистора — как работают транзисторы?  


Сборник транзисторов

Хотя существует множество различных типов транзисторов, в этом разделе руководства мы сосредоточимся на транзисторах с биполярным переходом, поскольку они являются одними из наиболее распространенных.Обычно существует два типа биполярных транзисторов — NPN и PNP . Соответственно, каждому типу соответствует свой электронный символ.


Биполярный транзистор n–p–n и p–n–p

Изменение свойств полупроводникового прибора транзистора является первым этапом его изготовления. Мы делаем это, вводя примеси в структуру. Название этого процесса изменения проводимости — легирование . Участки P более положительные в NPN или PNP транзисторе, а участки N более отрицательные.

Из приведенного выше рисунка видно, что каждая часть BJT подключается к терминалу. На самом деле у каждого терминала есть имя, иллюстрирующее его функцию.


Символ транзистора NPN и PNP

Названия: Излучатель(E) , База(E) и Коллектор(C) . В символе транзистора стрелка всегда является частью соединения эмиттер/база. Вы можете определить тип (NPN или PNP) транзистора по тому, куда указывают стрелки.NPN требует положительного напряжения на базу, а PNP требует отрицательного напряжения. Это связано с тем, что мы присыпаем NPN-транзисторы отрицательным зарядом, а PNP-транзисторы — положительным зарядом.

Легирование включает не только добавление электронов. Это также связано с удалением или отсутствием электронов.

Транзистор и резистор — функции транзистора

Одной из основных функций транзистора является усиление. Он может принимать небольшое напряжение и преобразовывать его в большее.Кроме того, он также может выполнять передачу сопротивления и действовать как простой переключатель. Следовательно, это делает его очень полезным в промышленных приложениях.

Переключающая часть транзистора находится между коллектором и эмиттером. Изменение напряжения между базой и эмиттером — это то, что активирует или деактивирует переключатель. Например, если входное напряжение равно 0 В, переключатель разомкнется, а выходное напряжение, скорее всего, будет +10 В. Однако, если на вход подается +10 В, переключатель замкнется, эффективное сопротивление будет равно нулю, а на выходе будет 0 В.

Транзистор и резистор — что такое резистор?


синие резисторы в ряду

Резисторы являются одними из самых распространенных электронных компонентов. Мы используем их на различных электронных устройствах. Чтобы понять резисторов , мы должны сначала понять, что такое проводников . Любое вещество, позволяющее электричеству течь через себя, называется проводником . Некоторые материалы проводят электричество лучше, чем другие, например, металлы.

И наоборот, некоторые материалы плохо пропускают электричество. Таким образом, эти материалы будут сопротивляться электрическому потоку и создавать сопротивление. Таким образом, чем выше значение эффективного сопротивления материала, тем меньший ток или электрический заряд будет протекать через него.

Мы используем эти изоляционные или непроводящие материалы для изготовления резисторов. Как правило, резистор представляет собой пассивный компонент с двумя контактами.

Поскольку большинство резисторов являются пассивными, ориентация, которую мы размещаем в электронной схеме, не влияет на их эффективность.


Резисторы на печатной плате

Короче говоря, резисторы предназначены для сопротивления току, протекающему в электронной цепи. Кроме того, мы также можем использовать их для регулировки интенсивности сигналов и разделения напряжений.

Электрическое сопротивление — это измерение, которое показывает нам, насколько трудно или легко электрический ток может проходить через проводник. Мы измеряем это начальное сопротивление в том, что мы называем омами.

Таким образом, мы можем понять разницу между транзистором и резистором, взглянув на приведенные выше объяснения.В то время как резисторы и проводники могут быть противоположностями, транзистор и резистор — нет. По сути, транзисторы представляют собой смесь проводников и резисторов.

Но резисторы могут иметь степени сопротивления. На самом деле, некоторые резисторы позволяют регулировать величину сопротивления. Они известны как переменные резисторы. Но чем они отличаются от транзисторов? Мы расскажем об этом в следующем разделе.

В чем разница между переменными резисторами и транзисторами?

Транзистор и резистор — что такое переменный резистор?

Основная функция резистора — препятствовать протеканию тока в электронной цепи и создавать падение напряжения. Как следует из названия, переменный резистор может изменять уровень, на котором он препятствует протеканию тока. Электронный символ переменного резистора представляет собой прямоугольник/прямоугольник с диагональной стрелкой, проходящей через него.


условное обозначение переменного транзистора

Переменный транзистор состоит из тракта и двух выводов.

Различия между транзистором и переменным резистором по принципу работы?


Переменный резистор

Вы должны помнить, что резистор является линейным устройством.И наоборот, транзисторы являются нелинейными компонентами. Это может быть очевидным из их функций. Транзистор может выступать как в качестве переключателя (резистора), так и в качестве усилителя. И наоборот, резистор имеет одну основную функцию.

Однако ключевое сходство между переменным резистором и транзистором заключается в том, что сопротивление между током коллектора и током эмиттера является переменным.

Представьте себе простую схему, состоящую из одной лампочки, батареи и переменного резистора.Поворачивая регулятор или сдвигая резистор, вы либо увеличиваете, либо уменьшаете интенсивность выходного тока на лампу. Лампа будет либо тускнеть, когда вы увеличиваете сопротивление, либо ярче, когда вы его уменьшаете.

Транзистор и резистор — различия в использовании

Существует три различных типа переменных резисторов: потенциометр, подстроечный резистор и реостат. В принципе, все они работают одинаково с небольшими отличиями. Чтобы понять ключевые различия между транзисторами и переменными резисторами, нам нужно изучить, где и как мы используем переменные резисторы.

Потенциометр: что это такое и как его использовать?


Значок потенциометра в электронных схемах

Потенциометр представляет собой обычный трехконтактный переменный резистор. Потенциометр имеет три различных точки подключения (клеммы). Они состоят из циферблата или ползунка, который позволяет изменять сопротивление между двумя соединениями. Точки подключения допускают различные конфигурации.

Например, вы можете подключить свою электронную схему ко второй клемме (вход) и третьей клемме (выход).Это позволит использовать его как обычный переменный резистор. Однако вы можете подключить все три клеммы и использовать потенциометр в качестве делителя напряжения. Мы часто используем потенциометры в схемах как диммеры для светодиодов или других ярких источников света.

Транзистор против резистора – Trimpot: что это такое и как мы его используем?


Тримпот на белом фоне

Возможно, вы слышали, что кто-то называет потенциометры потенциометрами. Подстроечный резистор — это более сжатая версия потенциометра.Отсюда и его название – тримпот (триммерный потенциометр). Вы также можете называть их предустановленными резисторами. Вам понадобится отвертка, чтобы отрегулировать сопротивление на них, так как они меньше.

Существует несколько различных типов тримпотов с различными вариантами крепления. Вы также можете получить их в различных регулировочных ориентациях. Например, у вас может быть триммер с ориентацией верхней регулировки с креплением SMD. Кроме того, вы можете найти их как однооборотные, так и многооборотные.Однооборотные подстроечные потенциометры являются наиболее экономичными, а многооборотные подстроечные потенциометры обеспечивают более высокое разрешение.

Транзистор против резистора-реостата: что это такое и как мы его используем?

А Реостат

Реостаты являются наиболее распространенными переменными резисторами. В отличие от потенциометров и тримпотов, они имеют только две клеммы/контакта. Тем не менее, мы используем реостат во многих из тех же приложений. Мы используем его для управления током, тусклыми источниками падающего света или двигателями, подключенными к электрической цепи.Реостаты совсем не похожи на потенциометры. Они несут свои ручки регулировки сбоку.

Транзистор и резистор — типы транзисторов и их применение

Транзисторы работают так же, как и переменные резисторы. Разница в том, что вы можете управлять сопротивлением транзистора, подавая ток. Таким образом, мы часто используем транзисторы в сочетании с подтягивающим резистором или подтягивающим резистором. И наоборот, переменные резисторы требуют ручного аналогового переключения.Тем не менее, некоторые приложения для транзисторов включают:

  • Фототранзисторы могут преобразовывать световые импульсы в цифровые электрические сигналы. Они удобны для систем безопасности, считывателей, инфракрасных детекторов и управления освещением.
  • Биполярные переходные транзисторы могут работать как переключатели, фильтры, выпрямители, генераторы и усилители. Таким образом, мы включаем их в сотовые телефоны, телевизоры и радиопередатчики.
  • Полевые транзисторы могут усиливать слабые сигналы. Они дешевы в производстве. Мы используем их в испытательном оборудовании, таком как вольтметры и осциллографы.
  • Транзисторы Дарлингтона имеют высокие коэффициенты усиления по току. Они настолько чувствительны, что могут улавливать ток от маленьких волосков. Поэтому мы используем их в небольших устройствах, таких как микросхемы драйверов и сенсорные кнопки.
  • Транзисторы с несколькими эмиттерами — это специальные биполярные транзисторы, которые мы используем в логических элементах И-НЕ.

Заключение

Если вы дошли до этого пункта руководства, вы должны понимать Транзистор и Резистор.Было бы полезно, если бы вы также понимали, чем транзисторы отличаются от переменных транзисторов по функциям и использованию. Мы надеемся, что вы нашли это руководство полезным. Как всегда, спасибо за чтение.

В чем разница между транзистором и резистором? – TechNote

Вот пояснение о переходе с резистора на транзистор.

      Начнем с простой схемы.

           Как правило, источник напряжения не показан на принципиальных схемах.Итак, давайте удалим источник напряжения из принципиальной схемы. Также даны напряжение и сопротивление, нам нужно рассчитать ток.

          Теперь давайте разделим один резистор на два резистора и соединим резисторы (R1 и R2) последовательно.

          Поскольку два резистора подключены к одному источнику напряжения, напряжение делится на резисторы. Это напряжения V1 и V2.

          Теперь найдем выходное напряжение Vo.

         Теперь сделаем R2 нулевым сопротивлением.т.е. сопротивления нет, замкнем R2 накоротко. Теперь на выходе Vo 0 В, потому что выход закорочен на землю. Потенциальной разницы нет.

       Теперь давайте сделаем R2 равным бесконечности Ом. т. е. Удалите R2 и сделайте разомкнутую цепь. Поскольку цепь разомкнута, ток не течет. Следовательно, я = 0А. Итак, V2 = I * R2.
   V2 = 0  *  ∞ = Неопределенный. Это значит что угодно. Так что предсказать нельзя. Тогда как вы будете вычислять Vo? Возможно, мы не сможем узнать V2, но мы сможем узнать V1. Итак, Vo = V – V1.V1 = I * R1 = 0 В. Итак, V0 = V

      Теперь заменим R2 переменным резистором. Если R2 изменяется от 0 Ом до ∞ Ом, то V0 будет варьироваться от 0 до V. Таким образом, V0 никогда не может быть меньше 0 и больше V.

       Когда мы изменяем сопротивление R2, ток I также изменяется. Предположим, что мы не можем измерить R2, но можем измерить I, тогда Vo = V – I * R1. R2 не используется в расчетах.

    Теперь давайте переименуем Current I в Iy.

         Теперь будем управлять переменным резистором с помощью Ix.Отношение между Ix и Iy равно
                                Iy = B x Ix

     Теперь мы генерируем Ix, используя Vx и Rx.

                                 Ix = Vx/Rx

         Теперь давайте установим батарею между Rx и Ground. Таким образом, напряжение на резисторе Rx равно Vx-Ve. Итак, Ix = (Vx – Ve)/Rx.

       Теперь давайте переименуем части.
                 Vx -> Vb
                 Rx -> Rb
                 Ix  -> Ib

                Ve -> Vbe
                 Iy  -> Ic
                 R1 -> Rc
                                                                                                  

                 B -> β

    Теперь меняем блок переменных резисторов на Транзистор.

              Этот транзистор действует как регулятор (переменный резистор)  или переключатель (ВКЛ/ВЫКЛ).

              Транзистор имеет 3 режима работы.

               1. Отсечка  (переключатель – ВЫКЛ.)
               2- Насыщение (переключатель – ВКЛ.)
               3- Активный (регулятор).

        1. Режим отключения

VB Итак IB = 0A
IC = 0A
VC = IC X RC = 0V
VO = VCC — VC = VCC

      2. Режим насыщения

IC> IC.max
IC.max = VCC / RC
IC = β IB
5 IC = IC.max
VC = IC X RC = VCC
VO = VCC — VC = 0V

       3. Активный режим

        0 < Ic < Ic.max

        Ib = (Vb – Vbe)/Rb
        Ic =  β x Ib
        Vc = Ic x Rc
        Vo = Vcc – Vc
     < 0 Vcc < 0 Vcc 5     

      Когда транзистор действует как регулятор, он называется усилителем.
      Когда транзистор действует как переключатель, он называется затвором.

       Транзистор в активном режиме – аналоговая электроника
       Транзистор в режиме отсечки/насыщения – цифровая электроника

В чем разница между транзистором и силовым транзистором? – nbccomedyplayground

В чем разница между транзистором и силовым транзистором?

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя выводами. Силовой транзистор больше обычного транзистора и способен пропускать больший ток, не расплавляя и не сжигая транзистор.

В чем разница между транзистором и резистором?

Транзистор: Транзистор — это электронное устройство, используемое для управления потоком электрического тока. Сопротивление: Резистор — это электронный компонент, который ограничивает или ограничивает протекание тока и делит напряжение в электронной цепи. Его основная цель — обеспечить точное электрическое сопротивление.

Является ли трансформатор полупроводником?

Благодаря этой концепции полупроводников трансформаторы, которые могут обеспечить электрическую изоляцию, передачу питания и/или сигналов, могут быть интегрированы в электронные схемы в процессе производства полупроводников.

В чем разница между трансформатором и усилителем?

Отличия. Трансформаторы не могут усилить (повысить) входное напряжение переменного тока, не уменьшая (понижая) его ток. Усилитель может одновременно усиливать ток и напряжение. Трансформатор имеет дополнительную обмотку, добавленную к его вторичной обмотке, чтобы получить усиление напряжения.

Может ли транзистор работать с переменным током?

да, транзисторы работают и с переменным сигналом. Малый сигнал — это то, для чего предназначен транзистор.малый сигнал переменного тока означает, что транзистор работает с относительно небольшими отклонениями вокруг своей рабочей точки, что позволяет рассматривать работу как линейную.

Каково основное назначение транзистора?

Транзистор

, полупроводниковое устройство для усиления, управления и генерации электрических сигналов. Транзисторы являются активными компонентами интегральных схем или «микрочипов», которые часто содержат миллиарды этих крошечных устройств, выгравированных на их блестящих поверхностях.

Когда бы вы использовали транзистор?

Одним из наиболее распространенных применений транзисторов в электронных схемах являются простые переключатели. Короче говоря, транзистор проводит ток по пути коллектор-эмиттер только тогда, когда к базе приложено напряжение. Когда базовое напряжение отсутствует, переключатель выключен. Когда базовое напряжение присутствует, переключатель включен.

Какие существуют два типа трансформатора?

Есть два типа трансформаторов напряжения; обычного типа обмотки (или электромагнитного типа) и емкостного трансформатора напряжения (потенциала).Для напряжений, превышающих 100 кВ (фаза), обычный тип трансформатора напряжения становится чрезвычайно дорогим из-за требований к изоляции.

Что такое транзисторный усилитель?

Транзисторный усилитель Транзистор действует как усилитель, повышая силу слабого сигнала. Напряжение смещения постоянного тока, приложенное к эмиттерному базовому переходу, заставляет его оставаться в состоянии прямого смещения. Это прямое смещение сохраняется независимо от полярности сигнала.

Может ли трансформатор обеспечить прирост мощности?

Трансформаторы способны либо увеличивать, либо уменьшать уровни напряжения и тока их питания без изменения его частоты или количества электроэнергии, передаваемой от одной обмотки к другой через магнитную цепь.

Используются ли транзисторы для переменного или постоянного тока?

Как мы уже говорили, транзисторы являются компонентами постоянного тока. Это означает, что на выходе также будет постоянное напряжение. Но если мы усиливаем переменное напряжение, то, вероятно, мы хотим получить и переменное напряжение на выходе.

Вам нужен резистор на базе транзистора? – СидмартинБио

Вам нужен резистор на базе транзистора?

Резистор базы ограничивает ток, протекающий в базу транзистора, чтобы предотвратить его повреждение, но он также должен пропускать достаточный ток базы, чтобы обеспечить полное насыщение транзистора при включении.

Почему резистор подключен к базе транзистора?

зачем нужен резистор подключенный к базе транзистора? Вам нужен только базовый резистор, когда вы работаете с транзистором в режиме с общим эмиттером, и это, как уже было сказано, ограничивает ток базы для защиты как транзистора, так и выхода Arduino.

Как определить базу транзисторного резистора?

Чтобы рассчитать базовый резистор, вычтите 0,7 В B-E из напряжения драйвера и разделите на базовый ток: 4.5-0,7 = 3,8 В / 400 мкА = ~ 9,5 кОм макс. Разница в падении CE в десять раз и при использовании бета-версии незначительна для относительно медленных цепей включения / выключения, и это снижает требования к току драйвера.

Почему резистор стоит перед транзистором?

Резисторы используются как средства создания перепадов напряжения и тем самым переводят транзистор в желаемую рабочую область. потому что вам нужно ограничить ток полупроводниковыми клеммами. в противном случае транзисторы будут повреждены.

Имеют ли транзисторы сопротивление?

В современном мире существует два основных типа транзисторов: МОП-транзисторы и биполярные. Оба они имеют омическое сопротивление на выводах, так как сделаны из физических материалов. Омическим сопротивлением будет устройство, которое ведет себя таким образом, что ток через него прямо пропорционален приложенному к нему напряжению.

Добавляют ли транзисторы сопротивление?

Поэтому, хотя транзистор имеет определенные V и I, а их отношение имеет единицы сопротивления, мы не говорим, что он имеет сопротивление, потому что оно будет измеряться разными приборами для измерения сопротивления по-разному.Два устройства измерения тока будут давать практически одинаковые показания друг друга.

В чем разница между резистором и транзистором?

Транзистор: Транзистор — это электронное устройство, используемое для управления потоком электрического тока. Сопротивление: Резистор — это электронный компонент, который ограничивает или ограничивает протекание тока и делит напряжение в электронной цепи. Его основная цель — обеспечить точное электрическое сопротивление.

Что такое базовое напряжение транзистора?

Типичное напряжение база-эмиттер транзистора аналогично прямому напряжению диода; 0.7 В для кремниевого транзистора и 0,3 В для германиевого. Типичное напряжение коллектора может составлять от 3 В до 20 В для большинства типов транзисторов, хотя во многих транзисторах напряжение коллектора может превышать 20 В.

Как заземлить транзистор?

Вы должны подключить исток к GND, сток к контакту переключателя на материнской плате, а затвор к управляющему сигналу, который будет +5 В, чтобы включить MOSFET, таким образом, замкните контакт переключателя на землю и включите компьютер.Самым простым способом является NPN-транзистор.

Чему равно сопротивление транзистора?

Фоновое редактирование. Контактное сопротивление в транзисторах — это сопротивление между металлом и кремнием в контакте. Это связано с разницей в энергии запрещенной зоны между двумя материалами. Чем меньше ширина запрещенной зоны, тем меньше сопротивление.

Какая польза от базы в транзисторе?

Части основания транзистора: используется для активации транзистора. Коллектор: это положительный вывод транзистора.Эмиттер: это отрицательный вывод транзистора.

Почему основание транзистора сделано очень тонким?

База транзистора очень тонкая и слегка легированная, из-за чего в ней меньше электронов по сравнению с эмиттером. Несколько электронов эмиттера объединяются с дыркой базовой области, а оставшиеся электроны перемещаются в сторону области коллектора и составляют ток коллектора.

Что такое транзистор с общей базой?

Конфигурация транзистора с общей базой.Как для схемы NPN, так и для схемы PNP видно, что для схемы усилителя с общей базой вход подается на эмиттер, а выход снимается с коллектора. Общим выводом для обеих цепей является база.

Какова основная функция транзистора?

Транзистор представляет собой полупроводниковое устройство, используемое для усиления или переключения электронных сигналов и электроэнергии. Он состоит из полупроводникового материала, обычно с не менее чем тремя клеммами для подключения к внешней цепи.Напряжение или ток, подаваемые на одну пару выводов транзистора, управляют током через другую пару выводов.

Разница между свойствами резистора, катушки индуктивности и конденсатора

Разница между резистором, катушкой индуктивности и конденсатором

Мы знаем, что есть три важных пассивных элемента, которые широко используются в электрических цепях, а также в электронных схемах: резистор, индуктор и конденсатор. Большинство электрических и электронных цепей состоят из резистора, катушки индуктивности и конденсатора. В этом посте мы собираемся обсудить разницу между свойствами резистора, катушки индуктивности и конденсатора , что поможет вам узнать больше об этих компонентах. Как инженер-электрик или электронщик, вы должны иметь четкое представление о резисторе, катушке индуктивности и конденсаторе.


Сравнение свойств резистора, катушки индуктивности и конденсатора: 90 182



Резистор в основном противостоит потоку ток. Индуктор в основном противостоит изменениям в ток, протекающий через него. Конденсатор в основном хранит электрические энергии на короткое время.
Резистор не может накапливать электрическую энергию. Индуктор может накапливать электрическую энергию в виде магнитного поля. Конденсатор может накапливать электрическую энергию в виде платы.
Резистор может блокировать как переменный, так и постоянный ток Индуктор может блокировать только переменный ток. Конденсатор может блокировать только постоянный ток.
Резистор создает потери электроэнергии Индуктор не создает электрические потеря мощности. Конденсатор не создает электрические потеря мощности.
Противодействие протеканию тока резистор не зависит от приложенной частоты. Противодействие протеканию тока индуктивности зависит от применяемой частоты. Противодействие протеканию тока конденсатор зависит от применяемой частоты.
Резистор может выделять тепло. Индуктор не может производить тепло. Конденсатор не может выделять тепло.
Резистор не имеет реактивного сопротивления. Индуктор имеет индуктивное сопротивление имущество. Конденсатор имеет емкостное реактивное сопротивление имущество.
Резистор создает единичную мощность фактор. Индуктор создает отстающую мощность фактор. Конденсатор создает ведущую мощность фактор.
Резистор не может создать фазу разница между током и напряжением. Индуктор может создавать фазу разница между током и напряжением. Конденсатор может создать фазу разница между током и напряжением.
Единицей сопротивления является Ом. Единицей индуктивности является Генри. Единицей емкости является фарад.
Резистор не может улучшить мощность фактор. Индуктор можно использовать для улучшение коэффициента мощности для емкостной нагрузки. Конденсатор можно использовать для улучшение коэффициента мощности для индуктивной нагрузки.

Читайте также:



Свойства резистора:


Резистор — это элемент , который может препятствовать протеканию тока в электрической или электронной цепи.
Резистор называется пассивным элементом , потому что для его работы не требуется источник питания или смещение. Активному элементу, такому как транзистор, для работы требуется источник питания или смещение, но пассивным элементам не требуется источник питания для их работы.
Резистор представляет собой двунаправленный элемент , поскольку он позволяет протекать через него току в обоих направлениях.
Как правило, резистор демонстрирует свойства линейной проводимости, если температура постоянна, что означает, что если мы увеличим напряжение на нем, протекание тока также увеличится в соответствии с напряжением.Есть нелинейных резисторов также доступны.

Резистор может терять электроэнергию, выделяя тепло, когда он подключен к электрической или электронной цепи. Свойство резистора называется сопротивлением. Действие резистора в цепи переменного тока такое же, как и в цепи постоянного тока.

Резистор не обладает свойством накапливать электрическую энергию. Напряжение и ток всегда в одной фазе для чисто резистивной цепи. Резистор не создает никакого отстающего или опережающего коэффициента мощности, коэффициент мощности чисто резистивной цепи всегда равен единице.Поскольку резистор может выделять тепло, это свойство используется для обогрева.


Символ резистора:


Свойства индуктора:


Индуктор  – это  не что иное, как катушка провода, которая сопротивляется любому изменению тока, протекающего через нее. Индуктор также является пассивным элементом, который не требует источника питания или смещения для своей работы. Индуктор представляет собой двунаправленный элемент, который позволяет протекать через него току в обоих направлениях.

В катушке индуктивности потерь электроэнергии не происходит. Свойство катушки индуктивности называется индуктивностью. Индуктор может противодействовать потоку электрического тока, создавая самоиндукцию. Свойство индуктивности не существует в цепи постоянного тока. Катушка индуктивности создает запаздывающий коэффициент мощности при включении в цепь переменного тока.

Ток отстает от напряжения, когда он протекает через индуктор. Индуктор может накапливать электрическую энергию в виде магнитного поля. Катушка индуктивности не может выделять тепло, как резистор.


Символ индуктора:

Свойства конденсатора:



Конденсатор  – это элемент  , который может сохранять электрическую энергию в течение короткого времени в виде заряда.
Конденсатор представляет собой пассивный элемент , для работы которого не требуется источник питания или смещение.

Конденсатор также представляет собой двунаправленный элемент , который позволяет протекать через него току в обоих направлениях. Конденсатор не имеет потери электроэнергии.Свойство конденсатора называется емкостью. Конденсатор обеспечивает высокое сопротивление в цепи постоянного тока и малое сопротивление в цепи переменного тока. Свойство реактивного сопротивления конденсатора зависит от приложенной к конденсатору частоты.

Конденсатор создает опережающий коэффициент мощности при включении в цепь переменного тока. Ток опережает напряжение при протекании через конденсатор. Поскольку конденсатор создает опережающий коэффициент мощности, именно поэтому он используется для улучшения коэффициента мощности.Конденсатор может блокировать постоянный ток, но пропускает переменный ток.


Обозначение конденсатора:

Читайте также:


Благодарим Вас за посещение веб-сайта. продолжайте посещать для получения дополнительных обновлений.

границ | Искусственный синапс с двумя транзисторами и одним резистором, способный к коммуникации и стохастическому обучению в нейроморфных системах

Введение

Вычисления, вдохновленные мозгом, являются одной из главных задач современных информационных и коммуникационных технологий.Мозг способен выполнять огромные задачи, такие как обучение, распознавание зрительных/слуховых паттернов и адаптация в ответ на новую информацию. Чтобы решить эту грандиозную задачу, нейроморфная система должна включать в себя ряд нейронов и синапсов, подобных биологическому человеческому мозгу, включая около 10 12 нейронов и 10 15 синапсов (Rajendran et al., 2013). Ясно, что такая сложная система может быть реализована только с помощью передовых технологий производства (например, трехмерной интеграции) и небольших блоков цепей для нейронов и синапсов.Последний, в частности, представляет собой на сегодняшний день наибольшую площадь нейроморфной цепи из-за огромного количества межнейронных связей, поэтому уменьшение размера и сложности искусственного синапса является ключевой задачей при проектировании нейроморфной цепи.

С этой целью в качестве новых искусственных синапсов в нейроморфных системах были предложены наноразмерные резистивные переключатели, или мемристоры (Likharev et al., 2003; Snider, 2008; Jo et al., 2010). Мемристоры имеют встроенную аналоговую настройку в сочетании с 2-терминальной структурой и масштабируемой площадью устройства и мощностью, поэтому они демонстрируют значительное преимущество по сравнению с синапсами на основе кремния, такими как память с плавающим затвором (Diorio et al., 1996) и статической оперативной памяти (Indiveri et al., 2006). Для искусственных синапсов были предложены различные технологии переключения, в том числе память с фазовым переходом (Wright et al., 2011; Bichler et al., 2012; Kuzum et al., 2012), переключатели на органической основе (Bichler et al., 2010), переключатели на основе халькогенидов (Ohno et al., 2011; Suri et al., 2013) и резистивные запоминающие устройства на основе оксидов (Seo et al., 2011; Yu et al., 2011, 2013; Park et al., 2012; Амброджо и др., 2013). Последний подход обеспечивает аналоговое переключение, энергонезависимое поведение, материалы, совместимые с CMOS, внутренний процесс и масштабируемое энергопотребление благодаря нитевидному переключению (Wong et al., 2012). Мемристор естественным образом удовлетворяет требованиям электрически регулируемой проводимости, выступая в качестве соединения для связи между пресинаптическим нейроном (PRE) и постсинаптическим нейроном (POST) и реагируя на отдельные спайки, поступающие от обоих нейронов. Для достижения этой многозадачной операции ранее был предложен подход мультиплексирования с временным разделением (TDM), в котором спайки нейронов подчиняются точной синхронной последовательности для связи, долговременной потенциации (LTP) и долговременной депрессии (LTD) (Snider, 2008; Джо и др., 2010). Однако синхронный подход может быть слишком идеализирован по отношению к биологическому мозгу, где синапсы потенцируются/депрессируются за счет пластичности, зависящей от времени асинхронных спайков (STDP) (Bi and Poo, 1998). Кроме того, синхронное тактирование может быть практически затруднено в случае больших нейроморфных систем (Zamarreño-Ramos et al., 2011). Совсем недавно был предложен полностью асинхронный подход к коммуникации/изучению нейроморфных синапсов с нейронами типа «дырявая интеграция и активация» (LIF) (Zamarreño-Ramos et al., 2011; Серрано-Готарредона и др., 2013). Однако концептуальная демонстрация реалистичных мемристорных синапсов для общения и обучения до сих пор не реализована.

В этой работе рассматривается интеграция мемристоров в нейроморфных системах путем введения синапса 2-транзистор/1-резистор (2T1R) для крупномасштабных нейроморфных систем. Транзисторы в блоке синапса позволяют (i) управлять синапсом с несколькими входами, который должен получать сигналы как от PRE, так и от POST, и (ii) точно контролировать рост нити для аналогового переключения и поведение STDP (Yu et al. др., 2011; Амброджо и др., 2013 г.; Субраманиам и др., 2013). STDP в синапсе 2T1R экспериментально продемонстрирован на биполярных резистивных переключателях памяти на основе HfO 2 , действующих как мемристивные переключатели. Мы показываем, что мемристный синапс способен передавать спайковые сигналы между нейронами и стохастическим STDP за счет как естественной изменчивости переключения в переключателе, так и вариаций мемристивного ответа в зависимости от начального состояния. Наконец, мы показываем концептуальную демонстрацию смоделированной двухслойной нейроморфной сети, демонстрирующей стохастическое обучение и распознавание паттернов, тем самым дополнительно поддерживая мемристивные синапсы в качестве масштабируемых, высокофункциональных строительных блоков для крупномасштабных нейроморфных систем.

Материалы и методы

На рис. 1А показана концептуальная схема структуры 2T1R для мемристивного синапса. Оба МОП-транзистора в синапсе контролируют ток, протекающий через мемристор, что обеспечивает связь и пластичность. PRE управляет 2 из 4 терминалов структуры 2T1R, а именно верхним электродом (TE) и коммуникационными воротами (CG). Вместо этого нижний электрод (BE) подключается к входу виртуального заземления POST, который также управляет терминалом противопожарных ворот (FG).

Рисунок 1. Иллюстративная схема синапса 2T1R и его работы . Синапс состоит из мемристора с 2 последовательными транзисторами, соединенными как с PRE, так и с POST (A) . Во время связи PRE подает импульсы как на CG, так и на TE-терминалы синапса (B) . Результирующий ток является функцией проводимости мемристора и подается на входной узел POST-нейрона (C) с интеграцией и запуском. Максимальное и минимальное напряжения ТЕ импульса составляют В ТЕ,макс = 2.4 В и V TE,min = −1,65 В соответственно.

Режим связи

Обычная работа синапса состоит из режима связи, где синапс представляет собой простой резистор с фиксированной проводимостью, позволяющий взвешенную передачу спайков от PRE к POST (Zamarreño-Ramos et al., 2011; Indiveri et al. , 2013). На рис. 1В показаны формы импульсов, подаваемых на ТЕ и CG. Импульс TE включает в себя экспоненциально нарастающий отрицательный импульс и короткий положительный импульс, а импульс CG представляет собой короткий положительный импульс, позволяющий передавать отрицательный импульс тока на вход POST через соединение BE.Хотя напряжение CG высокое, оно всегда перекрывается с низковольтной областью импульса V TE , что исключает возможность переключения в мемристоре. Отрицательный всплеск тока интегрируется входным каскадом POST, как показано на рисунке 1C, иллюстрирующем один уровень PRE/синапса/POST нейроморфной сети. Структура интегрирования и запуска POST на рисунке 1C в значительной степени упрощена, поскольку она не включает, например, путь утечки накопленного заряда, рефрактерный период для деактивации интеграции во время пожара и переключатель сброса для инициализации интеграции. после пожара (Zamarreño-Ramos et al., 2011). По мере интегрирования пиков PRE, собранных на входе нейрона, внутреннее напряжение V int увеличивается, в конечном итоге достигая порога каскада компаратора. Это событие запускает огненный контур, а именно моностабильный контур, доставляющий спайки в прямом направлении, т. е. к клеммам TE и CG выходного синапса, и в обратном направлении, т. е. к клемме FG входных синапсов.

СТДП

Временное совпадение спайка PRE на ТЕ синапса и спайка POST (или пожара) на FG синапса приводит к изменению проводимости мемристора согласно рисунку 2.По относительной задержке Δ t , определяемой как время между окончанием отрицательного ТЕ-импульса и окончанием FG-импульса, можно выделить два случая. Для Δ t > 0 на рис. 2А наблюдается перекрытие между положительным импульсом TE длительностью 1 мс и импульсом FG, вызывая, таким образом, переход установки в мемристоре. Увеличение проводимости из-за роста проводящей нити (CF) через переключающий слой HfO 2 (Nardi et al., 2012) диктуется током податливости I C , протекающим в транзисторе, следовательно, напряжение затвора V FG .Поскольку напряжение FG V FG уменьшается при увеличении Δ t , LTP уменьшается по мере увеличения Δ t , реализуя, таким образом, зависимую от времени LTP. Рисунок 2B также включает треугольные импульсы считывания на V TE до и после пиков PRE и POST, оба имеют ширину 1 мс и небольшую амплитуду 0,5 В, чтобы избежать каких-либо помех для мемристорного устройства. Прямоугольный импульс длительностью 1 мс и амплитудой 5 В подавался на V FG для включения импульсной работы. Ток отклика во время импульса считывания до и после пиков PRE/POST позволяет оценить увеличение проводимости, вызванное LTP.

Рисунок 2. Формы сигнала во время LTP и LTD . LTP имеет место, когда задержка Δ t между V TE и V FG положительна (A) . В этом случае имеется перекрытие между положительным импульсом TE длительностью 1 мс и импульсом FG (максимальное напряжение 2,9 В), таким образом вызывая установку, управляемую значением V FG . V FG увеличивается при уменьшении Δ t , таким образом, максимальное значение LTP получается при приближении Δ t к 0.LTD имеет место, когда задержка Δ t между V TE и V FG является отрицательной (B) . В этом случае отрицательный импульс TE и положительный импульс FG накладываются друг на друга, вызывая, таким образом, сброс, управляемый значением V TE . V TE увеличивается по абсолютной величине при уменьшении Δ t , таким образом, максимальное значение LTD получается при приближении Δ t к 0,

Аналогично, для Δ t <0 (рис. 2B) отрицательный импульс TE и положительный импульс FG накладываются друг на друга, тем самым вызывая переход сброса из-за отключения CF.Увеличение сопротивления во время сброса контролируется максимальным напряжением на мемристоре (Nardi et al., 2012), следовательно, значением V TE . Поскольку V TE уменьшается по абсолютной величине при увеличении Δ t , LTD уменьшается с Δ t , таким образом, реализуя зависимое от времени LTD. Комбинация зависящих от времени LTP и LTD обеспечивает функциональность STDP.

Реализация схемы

Чтобы проверить концептуальную схему STDP на рисунке 2, мы применили форму сигнала на рисунке к структуре 1T1R, включающей мемристор HfO 2 , последовательно соединенный с МОП-транзистором.МОП-транзистор имеет пороговое напряжение В Т = 1,4 В, при этом ширина и длина канала составляли 3 мкм и 1,425 мкм. В мемристоре слой HfO 2 , легированный Si, был зажат между двумя электродами TiN. Между верхним TiN-электродом и слоем HfO 2 была нанесена крышка из Ti, чтобы обеспечить экстракцию кислорода, направленную на формирование локального субстехиометрического слоя HfO x ( x < 2) вблизи верхнего электрода. Считается, что этот кислородообменный слой (OEL) действует как резервуар дефектов для закачки во время установленного перехода, когда положительное приложенное напряжение вызывает миграцию дефектов, таких как кислородные вакансии и металлические примеси (Hf, Ti), ответственные за образование проводящего канала, что приводит к относительно низкому сопротивлению.Вместо этого приложение отрицательного напряжения приводит к втягиванию проводящего канала обратно к OEL, что приводит к относительно высокому сопротивлению. Слой HfO 2 после осаждения имел аморфную структуру. Толщина HfO 2 составляла 10 нм, а толщина крышки Ti — 15 нм. Более подробная информация об экспериментальных образцах содержится в другом месте (Ambrogio et al., 2014a; Calderoni et al., 2014). Транзистор CG не был подключен в эксперименте, поскольку мы сосредоточились на демонстрации STDP.На рисунке 1C показана концептуальная схема структуры 2T1R для мемристивного синапса. Импульс ФГ имел экстремальные напряжения 2,9 и 1,0 В с постоянной времени τ = 140 мс. Та же постоянная времени использовалась для экспоненциальной области ТЕ-импульса, где экстремальные напряжения составляли -1,65 и -0,55 В. Положительный импульс в виде полутреугольника длительностью 1 мс имел экстремальную амплитуду 2,4 В.

Результаты

Экспериментальные характеристики STDP

На рис. 3А показаны кумулятивные распределения измеренного сопротивления R в мемристоре после приложения TE и FG импульсов при увеличении Δ t .Тот же самый эксперимент STDP с заданным Δ t был повторен 100 раз, чтобы обеспечить достаточную статистическую точность. Устройство всегда готовилось в состоянии полного сброса, соответствующем сопротивлению около 100 кОм, а задержка Δ t изменялась от 1 до 100 мс. Распределения показывают уменьшение значения R при уменьшении задержки, что согласуется с ожидаемым зависящим от времени LTP на рисунке 2A. На рис. 3В обобщено увеличение проводимости R 0 /R, где R 0 — начальное сопротивление, а R — среднее значение распределения.На рисунке показано зависящее от времени увеличение проводимости (LTP) для Δ t > 0, в то время как для Δ t <0 изменение сопротивления не получено. На рисунке 3C показано кумулятивное распределение измеренного R для отрицательных значений Δ t в диапазоне от -1 до -100 мс. Чтобы продемонстрировать LTD, мемристор был инициализирован в состоянии низкого сопротивления с R 0 около 5 кОм, полученным с импульсом 1 мс при I C = 170 мкА. На рисунке 3D показано изменение проводимости R 0 /R, указывающее на зависимость LTD от времени для Δ t <0.LTD также можно увидеть при положительных задержках, что связано с последовательностью событий сброса и установки в мемристоре во время отрицательной и положительной областей TE-импульса соответственно. Сначала происходит переход сброса из-за отрицательного V TE , затем 1-мс импульс V TE индуцирует переход установки с относительно низким I C . В результате устройство окончательно находится в установленном состоянии, хотя и с меньшей проводимостью, чем в исходном состоянии, из-за относительно малого I C .Поскольку I C уменьшается при увеличении положительного Δ t <0, LTD увеличивается с Δ t .

Рисунок 3. Кумулятивные распределения R для переменной Δ t и соответствующие характеристики STDP . Кумулятивные распределения для Δ t > 0 показывают увеличение R при увеличении Δ t , начиная с высокоомного состояния (R 0 = 100 кОм) мемристора (A) . Соответственно изменение проводимости R 0 /R уменьшается при увеличении Δ t в характеристике STDP (B) .Аналогично, для LTD, начиная с низкоомного состояния (R 0 = 5 кОм) мемристора, кумулятивные распределения показывают, что R уменьшается при увеличении отрицательной задержки (C) , а изменение проводимости R 0 / R уменьшается для больших задержек в характеристике STDP (D) .

Распределения на рисунках 3A,C показывают значительную изменчивость, хотя они были получены путем повторения одних и тех же экспериментов несколько раз на одном устройстве. Дисперсия распределения может быть связана с изменчивостью переключения в мемристивных устройствах, которая, как было показано, является результатом дискретного количества дефектов в CF (Ambrogio et al., 2014а). Естественная изменчивость переключения обеспечивает стохастическую пластичность в искусственном синапсе, где конечное состояние не определяется детерминистически Δ t , а зависит от присущего стандартного отклонения. Обратите внимание, что относительный разброс увеличивается с увеличением R на рисунке 3 из-за уменьшения количества дефектов и, соответственно, большого статистического разброса (Ambrogio et al., 2014a).

На рис. 4 показаны характеристики STDP для переменной постоянной времени τ в диапазоне от 40 мс до 180 мс для мемристора, изначально подготовленного в высокоомном (а) или низкоомном (б) состоянии.Характеристики LTP (а) и LTD (б) показывают то же поведение, что и на рис. 3, за исключением растяжения по оси Δ t при увеличении τ в результате изменения наклона экспоненциальных импульсов TE и FG. Эти результаты демонстрируют возможность настройки характеристик STDP на временной шкале за счет правильного выбора постоянной времени.

Рис. 4. Характеристики STDP при увеличении постоянной времени τ . Характеристики STDP растягиваются до более длинных Δ t по мере увеличения постоянной времени, описывающей импульс V TE , как для LTP в состояниях высокого сопротивления (A) , так и для LTD в состояниях низкого сопротивления (B) .

Зависимость от начального состояния

Хотя результаты на рисунках 3, 4 были получены для мемристора, инициализированного либо в состоянии высокого сопротивления (для LTP), либо в состоянии низкого сопротивления (для LTD), важно продемонстрировать функциональность схемы STDP для любого произвольного начального состояния. Сначала мы рассмотрели переменные состояния сброса, полученные путем сначала установки устройства в эталонное начальное низкоомное состояние с током соответствия I C = 170 мкА, а затем сбросом устройства с переменным максимальным отрицательным напряжением V стоп , как показано на рисунке 5А.Здесь переходы установки и сброса в мемристоре HfO 2 видны при положительном и отрицательном напряжении соответственно. По мере увеличения напряжения сброса сопротивление увеличивается в результате увеличивающегося роста обедненной щели вдоль КФ (Nardi et al., 2012). Значения сопротивления мемристора составили 25, 45 и 100 кОм для стопа В , равные -1,2, -1,4 и -1,65 В соответственно. Также показаны результаты моделирования в соответствии с нашей физической аналитической моделью для резистивных переключающих устройств (Ambrogio et al., 2014б). В этой модели аналитически решается уравнение Фурье для тепловыделения и теплопроводности, затем по локальной температуре в точке инжекции вдоль КВ оценивается скорость миграции и соответствующее изменение диаметра КВ (при заданном переходе) и обедненной щели ( при переходе к сбросу). Энергетический барьер, контролирующий миграцию ионов, в аналитической модели составил E A = 1,2 эВ. Результаты моделирования на рисунке 5A подтверждают модель как точный инструмент для прогнозирования реального мемристивного переключения в системах оксидов металлов.

Рисунок 5. Реакция STDP при различных состояниях высокого сопротивления . Состояния с переменным высоким сопротивлением получаются путем сброса мемристорного устройства при увеличении отрицательного напряжения V стоп , как показано на ВАХ (A) . Характеристики STDP показывают увеличение LTP и уменьшение LTD при увеличении начального значения R (B) . Аналитические расчеты хорошо учитывают экспериментальные данные в зависимости от V стоп .

На рисунке 5B показаны измеренные и рассчитанные характеристики STDP для различных состояний высокого сопротивления на рисунке 5A.По мере увеличения начального сопротивления R 0 изменение проводимости LTP увеличивается, а изменение проводимости LTD уменьшается. Однако формы характеристик LTP и LTD качественно одинаковы независимо от R 0 .

Аналогичным образом изучалось состояние переменной установки, а именно состояние, полученное при изменении тока податливости во время установки. На рис. 6А показаны измеренные и рассчитанные ВАХ для I C = 25, 50, 100 и 170 мкА. На рисунке показаны как переход установки при положительном напряжении, так и переход сброса при отрицательном напряжении.Моделирование с помощью аналитической модели снова близко объясняет экспериментальное поведение. По мере увеличения I C сопротивление в твердом состоянии уменьшается из-за большего диаметра CF (Nardi et al., 2012). Обратите внимание, что ток сброса I сброс примерно равен I C (Kinoshita et al., 2008; Lee et al., 2008), в то время как напряжение сброса V сброс примерно постоянно около 1 В, что означает напряжение, необходимое для инициирования ионизации и миграции дефектов внутри CF (Ielmini, 2011).На рисунке 6B показаны измеренные и рассчитанные характеристики STDP для переменного начального состояния с низким сопротивлением, как на рисунке 6A. Расчеты снова дают удовлетворительное согласие с данными и могут предсказать зависимое от состояния обучение в синапсе.

Рисунок 6. Отклик STDP при различных состояниях низкого сопротивления . Состояния с переменным низким сопротивлением получаются путем настройки мемристорного устройства на увеличение тока соответствия I C , как показано на кривой ВАХ (A) .Характеристики STDP показывают увеличение LTP при увеличении начального R, в то время как характеристики LTD изменяются незначительно (B) . Аналитические расчеты хорошо учитывают экспериментальные данные в зависимости от I C .

Характеристики STDP на рисунках 5, 6 показывают LTD как при положительных, так и при отрицательных значениях Δ t , что противоречит стандартной временной зависимости биологического обучения (Bi and Poo, 1998). Однако было показано, что биологические синапсы могут иметь разнообразный ответ в зависимости от их функции и типологии (Abbott and Nelson, 2000).Например, аналогичный ответ STDP с LTD при положительном Δ t наблюдался в нейронах CA1 гиппокампа (Nishiyama et al., 2000; Wittenberg and Wang, 2006) и объяснялся динамикой Ca + (Caporale and Dan , 2008). Это демонстрирует, что мемристивная реакция STDP в синапсе 2T1R совместима с функциями обучения в биологических нейронных сетях.

Стохастическое обучение

Результаты на рисунках 5, 6 позволяют предположить, что для любого заданного Δ t потенциация/депрессия синапса также зависит от начального состояния, что вносит определенную степень стохастического отклика в характеристики STDP.Чтобы изучить стохастическое поведение STDP, мы провели эксперименты с последовательностью связанных импульсов TE и FG, как на рисунке 2, применительно к одному и тому же синапсу, изначально подготовленному в состоянии высокого сопротивления. Всего было применено 55 различных последовательностей, каждая из которых включала 10 спайков со случайно выбранными Δ t . Каждая случайная последовательность повторялась 50 раз для достижения достаточной статистической значимости. Постоянная времени составляла 140 мс во всех экспериментах и ​​моделированиях.

На рис. 7 показаны (сверху вниз) осциллограмма V TE , осциллограмма V FG и соответствующее сопротивление R для случайной последовательности из 10 пиков.Импульсы считывания, подобные форме сигнала на рисунке 2 (не показан на рисунке 7A), применялись после каждого выброса к измеренному R. На рисунке 7B показана цветовая карта появления любого значения изменения проводимости R 0 /R в зависимости от Δ t для всех 27 500 случайных пиков. Соотношение R 0 /R определяли как отношение между сопротивлениями до и после события STDP. Максимальная вероятность (красный цвет) указывает на LTD для отрицательного Δ t и для относительно большого положительного Δ t , в то время как LTP происходит для относительно небольшого положительного Δ t .На рис. 7C показана цветовая карта R 0 /R как функции Δ t для 10 4 смоделированных последовательностей, предполагающих случайное Δ t и использующих ту же аналитическую модель переключения для мемристора, что и на рисунках 5, 6. Рассчитанная цветовая карта показывает качественное совпадение с экспериментальным STDP, указывая на потенциацию при малых Δ t > 0 и депрессию при отрицательных Δ t и больших положительных Δ t . Статистика STDP, где разные LTP и/или LTD получаются для любого заданного Δ t , в основном обусловлена ​​зависимостью от начального состояния, как описано в разделе «Экспериментальные характеристики STDP». Экспериментальные данные на рисунке 7B указывают на больший разброс R 0 /R, что мы связываем с дополнительной переменностью источника за счет естественного стохастического переключения, т.е.е., физическое происхождение разброса распределения на рисунках 3A,C.

Рисунок 7. STDP для случайной последовательности пиков . Последовательность частично перекрывающихся спайков PRE/POST со случайным Δ t применяется к синапсу, что приводит к LTP или LTD в зависимости от относительной задержки (A) . Изменение проводимости R 0 /R было получено в ходе 50 повторных экспериментов с 55 различными последовательностями, каждая из которых содержала 10 случайных пиков. Для любых Δ t и R 0 /R вероятность указана в цветовой шкале (B) .Результаты расчетов показывают аналогичную стохастическую характеристику STDP (C) .

Влияние изменчивости переключения также показано на рис. 8, где показаны значения R, измеренные после каждого выброса в последовательности из 10 событий со случайным временем Δ t . На рис. 8А сравниваются 5 типичных последовательностей, всегда начинающихся с одного и того же начального состояния высокого сопротивления (около 10 5 Ом), для изучения влияния изменчивости переключения. Измеренное R отображает случайное блуждание в зависимости от Δ t , что показано на рисунке 8B.Обратите внимание на значительные случайные изменения среди всех траекторий из-за стохастического переключения во время каждой операции установки/сброса. Самая большая изменчивость наблюдается для LTD из-за большой изменчивости в состоянии высокого сопротивления (см., например, рисунки 3A, C). С другой стороны, LTP приводит к некоторому снижению изменчивости, так как работа установки в основном контролируется I C и мало зависит от исходного высокорезистентного состояния (Ambrogio et al., 2014a).

Рис. 8.Стохастик LTP и LTD . Сопротивление (A) было построено как функция количества пиков в последовательности с определенной задержкой Δ t (B) . Последовательность была повторена 5 раз, чтобы подчеркнуть изменчивость изменения сопротивления во время LTP и LTD. естественная изменчивость переключения приводит к случайному блужданию R во время каждой операции установки/сброса, при этом процесс сброса (LTD) показывает в целом большую стохастическую вариацию по сравнению с процессом установки (LTP).

Обучение шаблонам и распознавание через STDP

Чтобы убедиться, что STDP в синапсе 2T1R способен к обучению и распознаванию паттернов, мы использовали двухслойную нейроморфную сеть, схематически показанную на рисунке 9.Здесь N пресинаптических нейронов обеспечивают импульсный ввод M постсинаптических нейронов через массив NxM синапсов (Zamarreño-Ramos et al., 2011). Соединения с PRE и POST на рисунке 9 организованы в соответствии со строками и столбцами, соответственно, каждая из которых требует 2 линий для соединения синапса 2T1R, а именно линии TE и CG от PRE к синапсу и BE и FG между синапсом и синапсом. СООБЩЕНИЕ.

Рисунок 9. Схематическое изображение двухслойной нейроморфной сети .Первый слой состоит из N PRE, а второй слой состоит из M POST, в результате чего получается сеть из NxM синапсов со структурой 2T1R.

Чтобы имитировать обучение образцу, мы предположили, что N PRE-нейронов принадлежат искусственной сетчатке, обеспечивающей визуальные стимулы, соответствующие квадратному образцу 8 × 8 в крайнем левом углу на рисунке 10A ( N = 64). Паттерн передавался синхронно от PRE к POST через массив синапсов, применяя всплеск для каждого белого пикселя, в то время как черный пиксель не давал никакого всплеска.Паттерн случайным образом чередовался со случайным шумом, состоящим из 95% вероятности для черного и 5% для белого сигналов в каждом из N пикселей. Рабочий цикл появления истинного шаблона составлял 50%. Все сигналы, полученные на POST, интегрировались по схеме на рисунке 1C, затем срабатывал сигнал пожара, когда внутренний потенциал V int достигал заданного порога. Сигналы огня были доставлены от POST ко всем подключенным синапсам и диктовали изменение проводимости в соответствии с упрощенной характеристикой STDP на рисунке 10B.Сюда входят LTP для малых Δ t > 0 и LTD для Δ t < 0 и для больших Δ t > 0, согласно наиболее общему ответу синапса 2T1R на рисунках 5, 6. В качестве минимального сопротивления R = 5 кОм, дальнейшая потенциация тормозится в синапсе, а депрессия тормозится выше сопротивления R = 100 кОм.

Рисунок 10. Изучение и распознавание образов через синапсы 2T1R . Входной паттерн направлялся первым слоем из 8 PRE-нейронов ко второму слою из 8 POST-нейронов, что приводило к обучению, что продемонстрировано эволюцией весов синапсов (A) .Каждый синапс был изменен в соответствии с упрощенной характеристикой STDP с дискретной задержкой (B) . Проводимость паттерн-синапсов увеличивается из-за процесса обучения, в то время как другие синапсы испытывают нарастающую депрессию (C) .

На рисунке 10C показана рассчитанная проводимость 1/R для 64 синапсов в одном столбце, который соединяет все PRE с одним POST. Начиная с равномерно распределенного случайного начального состояния, проводимость или вес синапса обычно следует двум тенденциям, либо увеличиваясь, либо уменьшаясь со временем из-за повторяющихся LTP и LTD.Эволюция весов синапсов также показана на рисунке 10А для 4 состояний, а именно исходного состояния и после 100, 500 и 1000 эпох представления паттерна. Видно, что паттерн быстро потенцирует соответствующие синапсы, при этом потенциация и депрессия происходят в положениях белого и черного пикселей соответственно. С другой стороны, для депрессии нестимулированных синапсов требуется больше времени, поскольку депрессия зависит от некоррелированных случайных шумовых паттернов. В то время как потенциация паттерновых синапсов занимает около 30 эпох, депрессия других синапсов завершается примерно за 500 эпох.Эти результаты полностью подтверждают возможность изучения и распознавания образов по схеме на рисунке 2 в сочетании с ответом STDP нашего синапса 2T1R, который был упрощен на рисунке 10B.

Ранее было показано, что двухслойная сеть, подобная рис. 9, приводит к случайной специализации POST-нейронов по определенным паттернам, таким как автомобили, появляющиеся на определенных полосах на шоссе (Bichler et al., 2012). Мы проверили случайную специализацию в нашей системе, рассмотрев сеть NxM, как на рисунке 9, где N = 64 (количество пикселей в шаблоне и количество нейронов PRE) и M = 10 000 (количество нейронов POST).Мы представили 2 шаблона на рисунке 11A и b в виде случайной последовательности шаблонов (вероятность 70%, равномерно распределенная между шаблонами 1 и 2) и случайного шума (вероятность 30%). Исходные значения синапсов были распределены случайным образом, как показано на рис. 10. На рис. 11С показано процентное распределение паттернов, распознаваемых через общее число 10 3 эпох: паттерны 1 и 2 распознавались с равной вероятностью около 48%, в то время как ни одна распознавание удалось в 4% случаев. Большинство этих ошибок распознавания происходят из-за неправильного распознавания двух шаблонов, сходящихся к смеси шаблонов 1 и 2, в то время как некоторые ошибки происходят из-за очень медленного обучения, что приводит к неполному обучению в последней расчетной эпохе.На рис. 11D показаны распределения вероятностей для потенциации, а следовательно, и обучения, паттернов 1 и 2, идентифицированных как первая эпоха, когда все синапсы полностью потенцированы. Оба распределения достигают пика примерно в 20 эпох, без предпочтения какого-либо из двух паттернов. Обратите внимание, что шаблоны 1 и 2 были выбраны с одинаковым количеством черных/белых пикселей, чтобы обеспечить постоянную среднюю скорость срабатывания POST. Это объясняет одинаковое время обучения на рисунке 11C. На рис. 11D также показано распределение времени, соответствующее депрессии всех синапсов, не принадлежащих к паттерну 1 или 2.Распределения показывают аналогичное поведение и достигают пика на 500 эпохах. Различная временная шкала вызвана тем фактом, что депрессия возникает из-за некоррелированных всплесков, вызванных случайным шумом, в то время как изучение паттернов связано с плотностью паттернов 1 или 2 и их соответствующей входной частотой.

Рис. 11. Конкуренция образцов при обучении . Случайное представление паттерна 1 (A) и паттерна 2 (B) в массиве синапсов 8 × 8 приводит к обучению любого паттерна с равной вероятностью, приближающейся к 50%, включая меньшинство ошибок из-за перехода от одного паттерна к другой (С) .Потенцирование паттерновых синапсов происходит примерно за 20 эпох, в то время как для депрессии внепаттерновых синапсов требуется около 500 эпох (D) .

Обсуждение

Предложенная схема синапса допускает асинхронную передачу и пластичность, контролируемую задержкой спайков между пре- и постсинаптическими нейронами. Схема синапсов придерживается традиционной организации нейронной сети, где нейроны интеграции и активации служат как входом, так и выходом коммуникации и пластичности.В частности, клемма BE, будучи подключенной к входу виртуального заземления нейрона, служит опорной землей для цепи синапса, а на остальные 3 клеммы, а именно TE, CG и FG, подаются импульсы произвольного напряжения. Это отличается от предыдущих подходов, когда пресинаптический импульс (всплеск) и постсинаптический импульс (огонь) применялись к TE и BE, соответственно, резистивного синапса (Yu et al., 2011; Indiveri et al. ., 2013). Он также отличается от других подходов, использующих структуры 1T1R, где STDP опирается на динамическое поведение транзистора V T , достигаемое за счет диэлектрика затвора, содержащего наночастицы (Subramaniam et al., 2013). На самом деле в этой работе в синапсе 2T1R нужен только стандартный транзисторный КМОП-транзистор.

Транзисторы в структуре 2T1R функциональны для достижения двух необходимых режимов работы массива синапсов, а именно STDP и связи. С одной стороны, FG-транзистор позволяет сравнивать время спайков между двумя импульсами, а именно TE-импульсом от пресинаптического нейрона и FG-импульсом от постсинаптического нейрона (Ambrogio et al., 2013). Следовательно, FG-транзистор функционален до пластичности.С другой стороны, транзистор CG позволяет обеспечить связь от пресинаптического нейрона к постсинаптическому нейрону в нейронной сети. Если бы не было транзистора CG, импульс TE мог бы повлиять на вес синапса даже без какого-либо возбуждения постсинаптического нейрона. Обратите внимание на то, что напряжение CG высокое только в начальной части импульса TE, при относительно низком напряжении. Следовательно, этот транзистор функционален для связи, при этом защищая мемристор от довольно большого напряжения TE, используемого для пластичности.

Кроме того, транзисторы позволяют ограничивать ток, протекающий в мемристивном переключателе при установленном переходе, что предотвращает неконтролируемое переключение и даже необратимый выход устройства из строя. Эти последние события могут привести к чрезмерному потреблению энергии из-за низкого значения сопротивления в синапсе и/или к невозможности сброса мемристора из-за чрезмерного роста проводящего канала. Ограничение тока может быть достигнуто за счет смещения транзистора в режиме насыщения при относительно низком напряжении на затворе, что обеспечивает ограничение максимального тока после установленного перехода.Наконец, транзистор служит селектором в массиве синапсов на Рисунке 9, который в противном случае страдал бы от значительных скрытых токов (Baek et al., 2005). Обратите внимание, что другие типы селекторов, например, p-n-диоды (Baek et al., 2005) или устройства с пороговым переключением (Cha et al., 2013), обеспечат лучшую масштабируемость массива благодаря двухполюсной структуре. Однако двух терминалов было бы недостаточно для локального сравнения времени спайков, которое необходимо для контроля пластичности синапсов.

Было указано, что необходимость генерировать выделенные формы сигналов в нейронной цепи может привести к чрезмерным накладным расходам цепи, что противоречит необходимости в очень крупномасштабных массивах с высокой синаптической плотностью (Kornijcuk et al., 2014). Однако обратите внимание, что генератор спайка принадлежит цепи нейрона, поэтому сложная форма волны не должна влиять на плотность синапсов. Также обратите внимание, что формы сигналов на рисунках 1, 2 были разработаны для достижения биореалистичного STDP, как показано на рисунке 4.Можно использовать другие формы сигналов и характеристики STDP, не влияя на способность к распознаванию образов, но при этом сильно снижая нагрузку на нейронную цепь. Это показано на рисунке 12, на котором показаны прямоугольные сигналы для V TE и V FG (a) и соответствующая статистическая характеристика STDP (b), полученная для 7,5 × 10 90 716 4 90 717 случайных выбросов. Обратите внимание, что характеристики STDP отражают простую форму всплеска и огненных импульсов, в то время как мы продемонстрировали, что это не влияет на поведение при обучении шаблону.Это еще раз демонстрирует силу процесса STDP и гибкость нашей схемы 2T1R в реализации LTP и LTD с различными формами пиков. Обратите внимание, что ширина импульса нейронных спайков в диапазоне 100 мс, которая необходима для достижения биосовместимого нейроморфного поведения в реальном времени (Indiveri et al., 2011), не обязательно требует больших конденсаторов. На самом деле временные характеристики в диапазоне 100 мс напрямую достигаются в нейроморфных схемах за счет относительно небольших емкостей (т.г., 1 пФ) заряжается/разряжается сверхмалым током в МОП-транзисторах, смещенных в подпороговом режиме (Mitra et al., 2009).

Рис. 12. Прямоугольный STDP . Использование прямоугольных импульсов для V TE и V FG (A) позволяет получить STDP с прямоугольными характеристиками, подходящими для обучения и распознавания (B) , при этом требуется простая схема для генерации импульсов.

Работа с низким энергопотреблением является фундаментальным свойством нейроморфных цепей.Энергопотребление нашего синапса 2T1R для связи можно оценить примерно в 150 нДж по форме волны напряжения на рисунке 1B, предполагая, что I = 50 мкА. Предполагая, что средняя частота всплесков равна 1 Гц, потребляемая мощность для связи должна составлять около 150 нВт. Это значение можно уменьшить, уменьшив длительность импульса V CG и ток во время связи. С другой стороны, потребление энергии немного больше из-за большего напряжения и тока, необходимых для резистивного переключения.Например, энергия LTP составляет около 400 нДж для тока 170 мкА и V TE 2,4 В, что соответствует положительному пику. Однако, поскольку ожидается, что частота LTP будет меньше частоты выброса, потребляемая мощность для LTP может находиться в том же диапазоне, что и мощность связи. Как и в случае со связью, мощность LTP может быть уменьшена путем надлежащего уменьшения тока (например, до коэффициента 10) и ширины импульса (до коэффициента 10 3 ). Это позволяет использовать мемристивные синапсы с относительно низким энергопотреблением.

В качестве альтернативы оксидным мемристорам могут использоваться другие концепции переключения, например, элементы с передачей вращающего момента (STT) (Locatelli et al., 2014) или элементы памяти с фазовым переходом (PCM) (Kuzum et al., 2012; Eryilmaz et al. др., 2014). Однако оксидные мемристоры обеспечивают меньшую потребляемую мощность, поскольку площадью канала переключения можно управлять через ток транзистора во время установленного перехода, тогда как ток переключения контролируется областью устройства, определяемой литографией, как в устройствах STT, так и в устройствах PCM, которые таким образом, его вряд ли можно снизить ниже 50 мкА (Ielmini and Lacaita, 2011; Kim et al., 2011).

Использование мемристора HfO 2 позволяет использовать КМОП-совместимый процесс на внутренней стороне, однако в принципе можно использовать другие оксиды металлов для активного переключающего слоя, например, TaO x (Lee et al., 2011) . Необходима тщательная разработка материалов, чтобы определить наилучшие свойства материала для синаптической функциональности, включая, например, управляемость веса синапса, стохастическое переключение и работу с низким энергопотреблением.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Подтверждение

Мы благодарим Micron Technology за предоставление экспериментальных образцов резистивного переключателя для этого исследования.

Каталожные номера

Амброджо С., Балатти С., Кубета А., Кальдерони А., Рамасвами Н. и Ильмини Д. (2014a). Статистические флуктуации в памяти с резистивным переключением (RRAM) HfO x : Часть I – Вариабельность установки/сброса. IEEE Trans. Электронные устройства 61, 2912–2919. doi: 10.1109/TED.2014.2330200

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Амброджо, С., Balatti, S., Gilmer, D.C., and Ielmini, D. (2014b). Аналитическое моделирование биполярных резистивных запоминающих устройств на основе оксидов и комплементарных резистивных переключателей. IEEE Trans. Электронные устройства 61, 2378–2386. doi: 10.1109/TED.2014.2325531

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бэк, И. Г., Ким, Д. К., Ли, М. Дж., Ким, Х.-Дж., Йим, Э. К., Ли, М. С., и соавт. (2005). Многослойная двоичная оксидно-резистивная память с перекрестными точками (OxRRAM) для приложений хранения Post-NAND. ИЭДМ Тех.Раскопайте . 750–753. doi: 10.1109/IEDM.2005

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Би, Г.-К., и Пу, М.-М. (1998). Синаптические модификации в культивируемых нейронах гиппокампа: зависимость от времени спайка, синаптической силы и типа постсинаптических клеток. Дж. Нейроски . 18, 10464–10472.

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Академия Google

Бихлер, О., Сури, М., Керлиоз, Д., Вийом, Д., ДеСальво, Б., и Гамрат, К. (2012). Извлечение визуальных паттернов с использованием энергосберегающей нейроморфной архитектуры синапсов 2-PCM. IEEE Trans. Электронные устройства 59, 2206–2214. doi: 10.1109/TED.2012.2197951

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бихлер О., Чжао В., Алибарт Ф., Плейтин С., Вийом Д. и Гамрат К. (2010). Функциональная модель органического транзистора памяти из наночастиц для использования в качестве импульсного синапса. IEEE Trans. Электронные устройства 57, 3115–3122. doi: 10.1109/TED.2010.2065951

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кальдерони, А., Силлс, С.и Рамасвами, Н. (2014). «Сравнение производительности ReRAM на основе O и Cu для приложений с высокой плотностью», в International Memory Workshop (Тайбэй), 1–4.

Академия Google

Ча, Э., Ву, Дж., Ли, Д., Ли, С., Сонг, Дж., Ку, Ю., и др. (2013). Наноразмерный (~ 10 нм) трехмерный вертикальный ReRAM и пороговый селектор NbO 2 с электродом TiN. ИЭДМ Тех. Раскопайте . 268–271. doi: 10.1109/IEDM.2013.6724602

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Диорио, К.Дж., Хаслер, П.Е., Мид, К.А., и Минч, Б.А. (1996). Однотранзисторный кремниевый синапс. IEEE Trans. Электронные устройства 43, 1972–1980. дои: 10.1109/16.543035

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Эрилмаз С.Б., Кузум Д., Джеясингх Р., Ким С., Брайтскай М., Лам С. и др. (2014). Ассоциативное обучение, подобное мозгу, с использованием наноразмерной энергонезависимой матрицы синаптических устройств с фазовым переходом. Перед. Нейроски . 8:205. doi: 10.3389/fnins.2014.00205

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ильмини, Д.(2011). Моделирование универсальных характеристик установки/сброса биполярной RRAM с помощью роста филамента под действием поля и температуры. IEEE Trans. Электронные устройства 58, 4309–4317. doi: 10.1109/TED.2011.2167513

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ильмини, Д., и Лакаита, А. Л. (2011). Материалы с фазовым переходом в энергонезависимом хранилище. Матер. Сегодня 14, 600–607. doi: 10.1016/S1369-7021(11)70301-7

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Индивери, Г., Линарес-Барранко, Б., Гамильтон, Т.Дж., ван Шайк, А., Этьен-Каммингс, Р., Дельбрюк, Т., и соавт. (2011). Цепи нейроморфных кремниевых нейронов. Перед. Нейроски . 5:73. doi: 10.3389/fnins.2011.00073

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Индивери Г., Линарес-Барранко Б., Легенштейн Р., Делигеоргис Г. и Продромакис Т. (2013). Интеграция наноразмерных мемристорных синапсов в нейроморфные вычислительные архитектуры. Нанотехнологии 24:384010.дои: 10.1088/0957-4484/24/38/384010

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Джо С.Х., Чанг Т., Эбонг И., Бхадвия Б.Б., Мазумдер П. и Лу В. (2010). Наноразмерное мемристорное устройство как синапс в нейроморфных системах. Нано Летт . 10, 1297–1301. дои: 10.1021/nl2h

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ким, В., Чон, Дж. Х., Ким, Ю., Лим, В. К., Ким, Дж.H., Park, J.H., et al. (2011). Расширенная масштабируемость перпендикулярной STT-MRAM к узлу MTJ менее 20 нм. ИЭДМ Тех. Раскопайте . 531–534. doi: 10.1109/IEDM.2011.6131602

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Киношита К., Цунода К., Сато Ю., Носиро Х., Ягаки С., Аоки М. и др. (2008). Уменьшение тока сброса в резистивной оперативной памяти, состоящей из NiO x , вызвано уменьшением паразитной емкости. Заяв. физ. Письмо .93, 033506. doi: 10.1063/1.2959065

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Kornijcuk, V., Kavehei, O., Lim, H., Seok, J.Y., Kim, S.K., Kim, I., et al. (2014). Мультипротокольная пластичность в искусственных синапсах. Наномасштаб 6, 15151–15160. дои: 10.1039/C4NR03405H

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Lee, H.Y., Chen, P.S., Wu, T.Y., Chen, Y.S., Wang, C.C., Tzeng, P.J., et al. (2008).Низкое энергопотребление и высокая скорость биполярного переключения с тонким реактивным буферным слоем Ti в надежной RRAM на основе HfO 2 . ИЭДМ Тех. Раскопайте . 297–300. doi: 10.1109/IEDM.2008.4796677

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Lee, M.-J., Lee, C.B., Lee, D., Lee, S.R., Chang, M., Hur, J.H., et al. (2011). Быстрое, долговечное и масштабируемое энергонезависимое запоминающее устройство, изготовленное из асимметричных двухслойных структур Ta 2 O 5-x /TaO 2-x . Нац. Мать . 10, 625–630. doi: 10.1038/nmat3070

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Нарди, Ф., Ларентис, С., Балатти, С., Гилмер, Д. К., и Ильмини, Д. (2012). Резистивное переключение за счет миграции ионов, управляемой напряжением, в биполярной RRAM — Часть I: экспериментальное исследование. IEEE Trans. Электронные устройства 59, 2461–2467. doi: 10.1109/TED.2012.2202319

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Нисияма, М., Хонг, К., Микошиба, К., Пу, М.-М., и Като, К. (2000). Запасы кальция регулируют полярность и входную специфичность синаптической модификации. Природа 408, 584–588. дои: 10.1038/35022604

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Оно, Т., Хасегава, Т., Цуруока, Т., Терабе, К., Гимзевски, Дж. К., и Аоно, М. (2011). Кратковременная пластичность и долговременная потенциация имитируются в одиночных неорганических синапсах. Нац. Мать .10, 591–595. doi: 10.1038/nmat3054

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Парк С., Ким Х., Чу М., Нох Дж., Шери А., Юнг С. и др. (2012). «Синапс на основе RRAM для нейроморфной системы с функцией распознавания образов», в Electron Devices Meeting (IEDM), IEEE International , 2012 г. (Сан-Франциско, Калифорния). doi: 10.1109/IEDM.2012.6479016

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Раджендран Б., Лю Ю., Seo, J.-S., Gopalakrishnan, K., Chang, L., Friedman, D.J., et al. (2013). Спецификации наноразмерных устройств и схем для нейроморфных вычислительных систем. IEEE Trans. Электронные устройства 60, 246–253. doi: 10.1109/TED.2012.2227969

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сео К., Ким И., Юнг С., Джо М., Пак С., Пак Дж. и др. (2011). Аналоговая память и характеристики пластичности, зависящие от времени выброса, наноразмерного двухслойного резистивного переключающего устройства на основе оксида титана. Нанотехнологии 22:254023. дои: 10.1088/0957-4484/22/25/254023

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Снайдер, Г. С. (2008). «Обучение, зависящее от времени импульса, в мемристивных наноустройствах», на Международном симпозиуме IEEE/ACM по наноразмерным архитектурам, NANOARCH (Анахайм), 85–92.

Академия Google

Субраманиам, А., Кэнтли, К.Д., Берсукер, Г., Гилмер, Д.К., и Фогель, Э.М. (2013). Пластичность, зависящая от времени всплеска, с использованием биологически реалистичных потенциалов действия и низкотемпературных материалов. IEEE Trans. Нанотехнология . 12, 450–454. doi: 10.1109/TNANO.2013.2256366

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сури М., Керлиоз Д., Бихлер О., Пальма Г., Вианелло Э., Вийом Д. и другие. (2013). Биологические стохастические вычисления с использованием бинарных синапсов CBRAM. IEEE Trans. Электронные устройства 60, 2402–2409. doi: 10.1109/TED.2013.2263000

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Вонг, Х.-С. П., Ли, Х.-Ю., Ю, С., Чен, Ю.-С., Ву, Ю., Чен, П.-С., и др. (2012). Металлооксидная RRAM. Проц. IEEE 100, 1951–1970 гг. doi: 10.1109/JPROC.2012.21

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Райт, К.Д., Лю, Ю., Кохари, К.И., Азиз, М.М., и Хикен, Р.Дж. (2011). Арифметические и биологические вычисления с использованием материалов с фазовым переходом. Доп. Мать . 23, 3408–3413. doi: 10.1002/adma.201101060

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ю, С., Гао Б., Фанг З., Ю Х., Канг Дж. и Вонг Х.-С. П. (2013). Электронное синаптическое устройство на основе низкоэнергетического оксида для нейроморфных зрительных систем с устойчивостью к вариациям устройства. Доп. Мать . 25, 1774–1779. doi: 10.1002/adma.201203680

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ю. С., Ву Ю., Джеясингх Р., Кузум Д. и Вонг Х.-С. П. (2011). Электронное синаптическое устройство на основе резистивной памяти переключения оксида металла для нейроморфных вычислений. IEEE Trans. Электронные устройства 58, 2729–2737. doi: 10.1109/TED.2011.2147791

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Замарреньо-Рамос, К., Камуньяс-Меса, Л.А., Перес-Карраско, Х.А., Маскелье, Т., Серрано-Готарредона, Т., и Линарес-Барранко, Б. (2011). О пластичности, зависящей от времени спайков, мемристивных устройствах и построении самообучающейся зрительной коры. Перед. Нейроски . 5:26. doi: 10.3389/fnins.2011.00026

Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.