Tranzistory

Bipolárny tranzistor

Bipolárny tranzistor patrí medzi multipóly a okrem štandardných atribútov definaných pre plošné objekty má naviac atribúty pre určenie polohy vývodov bázy, kolektora a emitora. Bipolárny tranzistor z knižnice CircuitMacros zobrazuje makro bi_tr(), Obr. 77:

Q1:bi_tr(up_ );     Q2:bi_tr(up_ ,R);    Q3:bi_tr(up_,,,E);    Q4:bi_tr(up_,R,,E); 
Q5:bi_tr(up_,,P);   Q6:bi_tr(up_,R,P);   Q7:bi_tr(up_,,P,E);   Q8:bi_tr(up_,R,P,E);

Obr. 77 Značka bipolárneho tranzistora bi_tr().

bi_tr(linespec,L|R,P,E);

parametre:

  linespec             - orientácia a dĺžka prívodov
  L | R                - poloha bázy vľavo (L) alebo vpravo (R)
  N | P                - NPN / PNP
  E                    - púzdro tranzistora
  
atribúty:

.s   .w   .n.  .e      - stredy strán obrysu
.sw  .se  .nw  .ne     - rohy obrysu
.B                     - poloha bázy
.E                     - poloha emitora
.C                     - poloha kolektora

Obr. 78 Atribúty bipolárneho tranzistora bi_tr().

Pretože vývody tranzistora nie sú v usporiadané mriežke, musíme obvody s tranzistormi kresliť tak, že centrálnym prvkom zapojenie je tranzistor a ostatné komponenty ukladáme tak, že ich polohy, a ak je to vhodné aj ich veľkosť určujeme voči polohám jeho vývodov. V nasledujúcom príklade, Obr. 79, je poloha rezistora odvodená od polohy vývodu bázy, dĺžka rezistora \(R_{b1}\) je určená polohou značky zeme pri rezistore \(R_e\). Pre popis spojovacieho bodu \(V_b\) bolo použité makro dlabel().

    ...
T1: bi_tr(2, L, N,E); 
    resistor(from T1.E down_ 1.5,,E); rlabel(,R_e,);
GN: gnd;                           # zem
    ...
    line from T1.B left_ 0.8;      # poloha Here
D1: dot; dlabel(0,0,,V_b,,AL);     # spojovaci bod a popis
    resistor(from D1 down_ (D1.y - GN.n.y),,E); rlabel(,R_{b1},);
    gnd;
    ...

Obr. 79 Obvod vykreslený s použitím relatívnych súradníc.

Modifikácie značiek

Ak vyžadujeme, aby vývody prvkov boli v presných a známych súradniciach (v mriežke) alebo máme špecifické požiadavky na tvar značky, najjednoduchším spôsobom je vytvorenie si makra značky vlastného prvku. V knižnici lib_user.ckt sú definované ekvivalenty bipolárnych tranzistorov bjt_NPN() a bjt_PNP(). Ako predloha pre zobrazenia bipolárnych tranzistorov boli použité značky z ručne kreslených zapojení pomocou šablón z československých odborných časopisov zo 70/80 rokov minulého storočia, Obr. 80:

Q1:bjt_NPN(1,1,L);    Q2:bjt_NPN(1,1,L,N);   Q3:bjt_PNP(1,1,L);  Q4:bjt_PNP(1,1,L,N);
Q5:bjt_NPN(1,1,R);    Q6:bjt_NPN(1,1,R,N);   Q7:bjt_PNP(1,1,R);  Q8:bjt_PNP(1,1,R,N);

Obr. 80 Upravené značky bipolárnych tranzistorov bjt_NPN() a bjt_PNP()

bjt_NPN(length_ce, length_b, L|R|U|D, C|N)

parametre:

  length_ce            - dĺžka prívodov medzi kolektorom a emitorom
  length_b             - dĺžka prívodu bázy
  L | R | U | P        - smer otočenia 
  C | N                - zobrazenie s púzdrom (C) a bez púzdra (N)
  
atribúty:

.s   .w   .n.  .e      - stredy strán obrysu
.sw  .se  .nw  .ne     - rohy obrysu
.c                     - stred značky
.B                     - poloha bázy
.E                     - poloha emitora
.C                     - poloha kolektora

Obr. 81 Atribúty bipolárneho tranzistora bjt_NPN().

Nasledujúci príklad, Obr. 82, ukazuje použitie modifikovaných značiek bipolárnych tranzistorov:

Obr. 82 Jednoduchý obvod s bipolárnymi tranzistormi v súradnicovej mriežke.

Pomocou vlastných makier si môžeme vytvoriť nové alebo modifikované prvky pre tvorbu vlastného štýlu článkov, knižných publikácií alebo ak potrebujeme prekresliť nejaké staršie zapojenie a chceme dodržať pôvodný grafický štýl, Obr. 83:

Obr. 83 Zapojenie z časopisu Amatérske rádio, ručne kreslené zapojenie pomocou šablón.

Pri prekreslovaní zapojenia,Obr. 84, v tomto príklade chceme dodržať podobný typ písma použitého na obrázku, ktorému sa najviac blíži šíkmé bezpätkové písmo typu sans-serif. Pre vykreslenie takto formátovaných textov si vytvoríme pomocné makro itsf().

Listing 5 : Makro pre formátovanie textu

define(`itsf', `"\textit{\textsf{$1}}"')   

...
# použitie makra
R4: resistor(from T1.E down_ 1.2,,E); 
    { 
        itsf(R4)  at R4.c + (-0.14, 0.15) rjust;  
        itsf(100) at R4.c + (-0.14,-0.15) rjust; 
    }   
...

Obr. 84 Prekreslený obvod z predchádzajúceho obrázku.

Pre kreslenie vnútorného zapojenia integrovaných obvodov alebo zjednodušené zapojenia častí zapojení sa používajú značky tranzistorov bez púzdier a so skrátenými vývodmi. Pre presné umiestňovanie takýchto prvkov je potom potrebné použiť konštrukciu with … at s deklarovaním vývodu, ku ktorému sa umiestnenie značky vzťahuje, Obr. 85:

Listing 6 : Použitie konštrukcie with … at

    ...
    line up_ 0.8; 
DV: dot;

    # umiestnenie T11 s emitorom do bodu DV
T11: bjt_NPN(1,1,R,N) with .E at Here;   
    line from T11.B left_ 0.8;
    
    # T1 s redukovanou dlzkou vyvodov medzi kolektorom a emitorom 
T1: bjt_NPN(0.6,1,R,N) with .E at Here;  

    # pripojenie odporu R1 s dĺžkou určenou polohou emitorov T1 a T11
    resistor(from T11.E left_ (T11.E.x - T1.E.x),,E); {llabel(,R_1,);}
    line to T1.E; dot;
    ...

Obr. 85 Použitie zjednodušených značiek tranzistorov.

Vnútorné zapojenia integrovaných obvodov sú často súčasťou katalógových listov a zobrazujú ekvivalentné zapojenie obvodu s diskrétnymi komponentami. Zapojenia často bývajú zjednodušené bez zobrazenia pomocných a parazitných prvkov pre lepšie pochopenie činnosti obvodu alebo jeho simuláciu, Obr. 86. Skutočná vnútorná štruktúra obvodu býva zvyčajne značne komplikovanejšia.

Obr. 86 Príklad zobrazenia jednodušenej vnútornej štruktúru operačného zosilovača 741.

FET tranzistor

Pre zobrazenie štandardných diskrétnych MOSFET tranzistorov sú v CircuitMacros definované makrá pre základné typy e_fet() a d_fet(), Obr. 87:

 Q1:e_fet(up_ ,,P,);  Q2:e_fet(up_ ,R,,);   Q3:e_fet(up_,,P);     Q4:e_fet(up_,R,P);
 Q5:d_fet(up_);       Q6:d_fet(up_,R);      Q7:d_fet(up_,,P);     Q8:d_fet(up_,R,P);

 Q9:e_fet(up_,,,S);  Q10:e_fet(up_,R,,S);  Q11:e_fet(up_,,P,S);  Q12:e_fet(up_,R,P,S);
Q13:d_fet(up_,,,S);  Q14:d_fet(up_,R,,S);  Q15:d_fet(up_,,P,S);  Q16:d_fet(up_,R,P,S);

Obr. 87 Značky MOSFET tranzistorov e_fet() a d_fet()

e_fet(linespec,R,P,E|S)  - enhancement MOSFET
d_fet(linespec,R,P,E|S)  - depletion MOSFET 

parametre:

  linespec             - orientácia a dĺžka prívodov
  R                    - poloha gate vpravo (R), bez parametra vľavo
  P                    - vodivosť typu P-Kanál, bez parametra N-Kanál
  E|S                  - púzdro tranzistora (E), zjednodušená značka (S)
  
atribúty:

.s   .w   .n.  .e      - stredy strán obrysu
.sw  .se  .nw  .ne     - rohy obrysu
.G                     - poloha bázy
.S                     - poloha source
.D                     - poloha drain

Obr. 88 Atribúty MOSFET tranzistora d_fet().

Pri kreslení vnútornej štruktúry CMOS integrovaných obvodov sa v zapojeniach vyskytujú prepojenia, ktoré nemajú analógiu v diskrétnych komponentoch a vyplývajú z topológie obvodu. Príkladom môže byť formálne pripojenie substrátu tranzistora Q3 v nasledujúcom zapojení, Obr. 89, pri ktorom bolo použité makro mosfet(). Makro umožnuje kreslenie špeciálnych modifikácií FET tranzistorov, detailný popis makra uvedený v dokumentácii.

Q3: mosfet(down_,R,uMEDSuB) with .S at last line.end; { "Q3" at Q3.nw ljust;}

Obr. 89 Zapojenie hradla AND v technológii CMOS.

Niektorí výrobcovia mikrokontrolérov používajú pre zjednodušený popis funkcie častí logického obvodu kombinovanú značku FET tranzistora, ktorá namiesto jeho štruktúry zobrazuje jeho vzťah k ostatným častiam zapojenia. Tranzitor s vodivosťou typu P je zobrazený s krúžkom na hradle, čo znamená, že bude otvorený pri privedení signálu s úrovňou L na jeho hradlo, Obr. 90:

Obr. 90 Konfigurácie koncového stupňa pinu portu mikrokontroléra.