Транзисторы
Транзистор — основа любой современной микросхемы. Трехногий полупроводник с замечательным качеством — способность усиливать ток. Чтобы не вводить в заблуждение начинающих микропрогеров, стоит отметить- «транзистор усиливает ток» не значит «транзистор вырабатывает/генерирует ток». Значит это следующее: к транзистору прикладывается два тока — большой и малый. Оба эти тока имеют свои источники питания(и это не транзистор). Для биполярного транзистора: когда малый ток усиливается, увеличивается пропускначя способность большого тока. Для полевого транзистора будет наоборот — усиление малого тока уменьшает пропускную способность транзистором большого тока.
Бывают транзисторы полевые и биполярные. У биполярных выводы называются базой, эмиттером и коллектором. У полевых — затвором, стоком и истоком. База и затвор — управляющие выводы(на них подается напряжение с малым током, с помощью которого мы управляем напряжением с большим током). Эмиттер и коллектор или сток и исток — выводы, на которые подается управляемый базой или затвором большой ток.
Например. Имеем микроконтроллер, который может выдавать максимум 20мА, 5В. А нужно управлять двигателем постоянного тока, которому нужен ток 200мА, 15В. Что мы делаем? Правильно, берем в руки транзистор, допустим биполярный. Базу транзистора подключаем к микроконтроллеру, а через коллектор и эмиттер проводим ток с к напряжением 15В. Плюс питания 15В подключаем к плюсу двигателя, минус двигателя к коллектору транзистора, эмиттер транзистора к минусу питания 15В. Все, теперь можно управлять нашим двигателем с микроконтроллера.
Основное практическое отличие полевого от биполярного состоит в том, что при подаче на базу биполярного транзистора напряжения и тока, транзистор начинает «отпираться», т.е. чем больший ток мы подаем ток на базу, тем больше будет ток на переходе коллектор-эмиттер. Полевой транзистор наоборот, при подаче на него напряжения начинает запираться и затрудняет проход тока вплоть до 0.
Биполярный транзистор. Коэффициент усиления
Биполярный NPN и PNP транзистор
Биполярники бывают прямой(P-N-P) и обратной(N-P-N) проводимости. Отличаются PNP и NPN друг от друга только направлениями токов. В NPN к коллектору и базе прикладывается плюс напряжения, к эмиттеру минус. У P-N-P наоборот, к эмиттеру плюс, к остальным минус.
Основной характеристикой биполярного транзистора является коэффициент усиления тока h21(hFE). Эта величина показывает во сколько раз транзистор усиливает ток базы на переходе коллектор-эмиттер.
Например. Если коэффициент усиления транзистора h21=200, ток базы равен 1б=2.5мА, тогда ток, проходящий от коллектора к эмиттеру будет равен
I=1б*h21=0.00025*200=500мА
Важными характеристиками биполярного транзистора являются: рабочая частота транзистора(МГц), максимальный ток базы, максимальный ток перехода коллектор-эмиттер, максимальное рабочее напряжение, полярность транзистора (PNP или NPN).
Полевой транзистор.
Полевой транзистор с N и P каналом
У полевого транзистора управляющее напряжение прикладывается между затвором и истоком. От напряжения между затвором и истоком зависит проводимость канала, следовательно, и величина тока. Таким образом, полевой транзистор можно рассматривать как источник тока, управляемый напряжением затвор-исток. Если амплитуда изменения управляющего сигнала достаточно велика, сопротивление канала может изменяться в очень больших пределах. В этом случае полевой транзистор можно использовать в качестве электронного ключа. По конструкции полевые транзисторы можно разбить на две группы:
полевые транзисторы с управляющим p–n-переходом;
полевые транзисторы с металлическим затвором, изолированным от канала диэлектриком.
Проводимость канала полевого транзистора может быть электронной или дырочной. Если канал имеет электронную проводимость, то транзистор называют n-канальным. Транзисторы с каналами, имеющими дырочную проводимость, называют p-канальными.
Основные характеристики полевого транзистора:
максимальный ток стока Iс max (при Uзи = 0);
максимальное напряжение сток-исток Uси max;
напряжение отсечки Uзи отс;
внутреннее (выходное) сопротивление ri (сопротивление транзистора между стоком и истоком (сопротивление канала))
Существует два основных подхода использования транзистора. У каждого своя цель и назначение. Первый подход — это использование транзистора в качестве транзисторного ключа. Второй основан на пропорциональности усиления тока.
Транзисторный ключ
Именно транзисторный ключ является основой логических интегральных схем, основой транзисторно-транзисторной логики. Используется два состояния транзистора — открыт и закрыт (это те самые 0 и 1 бинарного кода для компьютера — два состояния транзисторного ключа)
Пример. Компьютеры работают на напряжении питания и программах. Напряжение питания 220 вольт преобразуется в постоянное(+3,+5,+12, +!5В) и запитывает все микросхемы. Микросхемы же выполняют записанные на жестком диске программы и выводят результаты их выполнения на монитор. Любая программа же представляет собой последовательный набор алгоритмов и вычислений. Алгоритмы и вычисления выполняются с помощью логических элементов: множителей, сумматоров, счетчиков, триггеров и т.д. Любой логический элемент состоит из сложного набора транзисторных ключей — составляющих простых логических элементов(функций) «И», «ИЛИ», «НЕ». А они в свою очередь состоят из набора обычных транзисторов.
Элемент-И-на-транзисторах
Режим усиления тока(напряжения) транзистором
Работа транзистора в режиме усилителя применяется например в аудиосистемах. Подключаем наш компьютер к колонкам. Через провод в колонки поступает сигнал слабой мощности. Затем сигнал проходит через транзисторный усилитель, напряжение и сила тока сигнала возрастают, усиленный сигнал поступает на динамики и мы слышим громкий звук.
Транзисторный усилитель аудиосигнала
Остались вопросы? Напишите комментарий. Мы ответим и поможем =)
Автор публикации
