Что такое транзистор
Что такое транзистор? Предлагаю тебе, мой уважаемый начинающий электронщик, прочесть эту статью, в которой я описал, пожалуй, самый основной из существующих электронных компонентов – транзистор.
Немного истории:
Изобретение транзистора в ХХ веке по праву является одним из значимых событий, транзистор как электронный компонент пришел на смену электронным лампам. Электронные лампы на тот период времени, безраздельно служили во всех радиоэлектронных устройствах, при этом электронные лампы имели множество недостатков. Одним из самых значительных недостатков была их большая потребляемая мощность. Так – же лампы имели очень большой вес и габариты, но при этом не отличались механической прочностью.
Электронная аппаратура становилась все сложнее, большое количество электронных ламп требовало большего потребления энергии, возросло количество отказов техники – к примеру вычислительные машины (компьютеры того времени) собранные на лампах, могли работать без поломок лишь считанные минуты, а габариты этих “компьютеров” были таковы, что занимали целый многоэтажный дом.
Полупроводниковый транзистор лишен всех тех недостатков которые присущи электронным лампам и во многом превосходит их. Низкое энергопотребление, малый вес и размер, а механическая прочность такова, что если сбросить современный транзистор с высоты 10го этажа с ним ничего не случится.
Первый транзистор разработали ученые – физики У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен, в 1956 году они были удостоены нобелевской премии. Теперь эти имена известны всему миру.
И так, давай поближе познакомимся с этим замечательным электронным компонентом.
Биполярный транзистор
Устройство биполярного транзистора.
Транзистор это – электронный прибор, корпус которого выполнен из металла или пластика. В корпусе находится кристалл кремния, который обработан специальным образом. Этот кристалл состоит из трех частей – коллектор, эмиттер, база, к ним подключены электроды которые выведены из корпуса транзистора. Рассмотрим условное обозначение транзистора, очень напоминает диод, (особенно выделенная часть). В принципе, транзистор, с натяжкой можно назвать диодом, так как транзистор тоже является полупроводником, но у транзистора есть дополнительный элемент – “база”.
Биполярный транзистор
База расположена между коллектором и эмиттером и является преградой для прохождения напряжения. Для того чтобы транзистор мог выполнять возложенные на него обязанности необходимо “активировать” базу, после чего транзистор будет работать как ключевой элемент, как усилитель тока, или напряжения.
Как работает транзистор
Обычно в специальной литературе и интернет сайтах, описание работы транзистора сводится к разжевыванию теории. Электронно – дырочного перехода, диффузии и прочей нудной теории. Думаю, если бы мне, когда я только начинал увлекаться радиоэлектроникой, таким образом объяснили принцип работы транзистора, забросил бы я это дело и пошел с пацанами делать самопалы и пугачи. Ну или в худшем случае в авиомодельный кружок). Но к счастью для меня в радиокружках того времени работали люди которые умели так преподать теорию, что было понятно и ненапряжно. Постараюсь и я, все объяснить в простой и доступной форме.
И так, биполярные транзисторы бывают двух типов PNP транзистор и NPN транзистор еще их называют – “прямой” и “обратный” транзистор. P-N-P – это прямой транзистор (легко запомнить, первая буква Р -соответственно прямой), N-Р-N – обратный.
На схеме обозначаются:
Рассмотрим схему работы транзистора типа N-P-N в ключевом режиме.
Транзистор типа N-P-N, на коллектор транзистора подан (+V) напряжение для питания лампочки накаливания, лампочка не будет светиться, так как напряжение через транзистор не проходит, в таком случае говорят – транзистор “закрыт”. Для того чтобы транзистор “открылся” на базу транзистора так же необходимо подать напряжение (+V базы). Напряжение (+V базы зеленые стрелки), пройдет через выключатель К1, резистор R1, через базу на эмиттер и с эмиттера на минус источника питания. Транзистор откроется, напряжение( +V красные стрелки), пройдет через лампочку, коллектор и базу на эмиттер транзистора и с эмиттера на (–V) источника питания, цепь “замкнется” и лампочка будет светиться.
В этом примере транзистор работает как ключ, открывает и закрывает прохождение электрического тока.
Теперь рассмотрим работу схемы в ключевом режиме типа P-N-P.
В этом случае, наша схема будет отличаться тем что отрицательное напряжение питания подается через лампочку на коллектор. Плюс источника подключен к эмиттеру транзистора. На базу нужно подавать отрицательное напряжение (–Vб.) Отпирающее напряжение (зеленые стрелки) плюса источника питания через эмиттер через базу VT, резистор R1, выключатель пройдет на минус источника питания и транзистор откроется. Плюс источника питания (красные стрелки) через эмиттер, базу проходит на коллектор и через лапочку накаливания на минус питания, лампочка будет светиться.
Запомни простую истину – обратный транзистор открывается подачей положительного напряжения на базу, прямой отрицательного.
Еще проще – обратный транзистор открывается плюсом, прямой минусом.
Плюс питания у обратного транзистора подается на коллектор а минус на эмиттер. У прямого наоборот, минус на коллекторе плюс на эмиттере. Соответственно ток в обратном транзисторе течет от коллектора к эмиттеру в прямом транзисторе от эмиттера к коллектору.
Где можно применить работу транзистора в ключевом режиме?
Главное достоинство транзистора заключается еще и в том, что подавая на базу совсем небольшое напряжение всего в несколько десятков вольта, можно коммутировать мощные исполнительные устройства. Например, вместо лампочки можно поставить реле, и оно будет своими контактами включать мощный электромотор тем самым используя низкое напряжение управления мы обеспечиваем безопасность человека.
Еще один пример.
Регулятор напряжения
На схеме изображен N-P-N транзистор в базу которого включен переменный резистор R1. При помощи этого резистора можно плавно изменять величину напряжения приложенного к базе транзистора . Перемещая ползунок резистора (вывод со стрелочкой) ближе к плюсу источника питания (в верх по схеме) мы тем самым будем увеличивать сопротивление резистора R1. Соответственно величина напряжения на базе транзистора уменьшится, транзистор закроется. Если ползунок перемещать в противоположную сторону, напряжение на базе увеличится.
Ты догадался, что будет происходить с лампочкой? Очень надеюсь, что догадался, зря я что ли уже столько букв написал). Да, лампочка будет изменять интенсивность свечения. Чем больше напряжение на базе транзистора, тем ярче будет светиться лампочка. Эту схему, можно с успехом применить для регулировки свечения лампочки ручного фонарика).
Теперь разберемся с работой транзистора в режиме усиления.
Транзистор может работать не только как ключевой элемент, но и как усилитель тока, напряжения или того и другого одновременно. Существует несколько способов включения транзистора. С общим коллектором, общей базой, и общим эмиттером. Схема с общим эмиттером получила наибольшее применение, поэтому ее и рассмотрим.
Схема с транзистором работающем в режиме усиления, более сложная чем ключевая, но тем не менее разобраться с принципом ее работы не так сложно.
В ключевом режиме транзистор находится в режиме отсечки (закрыт) или в режиме насыщения (открыт). Для того чтобы транзистор работал как усилитель , его нужно заставить работать в “пограничном” режиме между отсечкой и насыщением. Помнишь, мы регулировали свечение лампочки, изменяя напряжение на базе транзистора при помощи переменного резистора (потенциометра). Когда лампочка горела в пол накала, это и был “пограничный” режим. Или если говорить другими (умными словами), мы задавали смещение на базу транзистора.
Идем дальше.
Допустим, ты решил услышать о чем говорят твои рыбки в аквариуме :). Нашел подводный микрофон и поместил его к рыбкам. Но микрофон выдает очень слабый сигнал и если подключить к нему наушники ничего не услышишь. Значит нужно усилить сигнал чтобы он был достаточной силы.
Схема усилителя низкой частоты.
На этой схеме, различных электронных компонентов значительно больше чем в схеме где транзистор работает как ключ. Но если ты читал мои предыдущие статьи в рубрике электроника для начинающих, ты знаешь, что такое электролитический конденсатор.
В схеме усилителя резистор R1 является самым главным, он задает ток смещения на базе Т1. Ток смещения необходим чтобы отпереть транзистор, вывести его из режима отсечки в активный режим. Или иными словами задать базовый ток. От того, какой номинал (величину сопротивления) резистора мы будем использовать, будет зависеть сила тока, который потечет через цепь, +U пит – R1 -база – эмиттер и на минус источника питания.
Задавая нужный базовый ток резистором R1, мы выбираем режим работы нашего усилителя, при котором сигнал с микрофона не будет больше режима насыщения и отсечки. Сигнал микрофона будет примерно в середине активного режима транзистора. Микрофон выдает сигнала который представляет собой переменный ток. Надеюсь ты уже знаешь, что переменный ток имеет как положительную, так и отрицательную полярность. Соответственно на базу транзистора будет подаваться либо (+) либо (–) в зависимости от этого транзистор будет больше открываться или наоборот закрываться.
Следовательно, напряжение на коллекторе в точке подключения конденсатора С2 так же будет меняться. На входе конденсатора С2 ты получишь копию входного микрофонного сигнала, только многократно усиленную.
Ведь на вход усилителя, мы подаем с микрофона очень маленькое напряжение, измеряемое в микровольтах. На коллекторе транзистора, пульсация напряжения будет в несколько Вольт. Теперь можно подключить наушники и услышать рыбок :).
Конечно, эту схему усилителя собирать не стоит, так как она имеет некоторые недостатки, но, как пример работы транзистора в качестве усилителя, очень даже годится. Теперь ты знаешь, что такое транзистор – это НЕ сложно!
Вернуться в Курс для начинающего электронщика.