Для чого потрібен транзистор в електричному ланцюзі. Основи електроніки для чайників: що таке транзистор і як він працює

Транзистор відноситься до категорії напівпровідникових приладів. В електротехніці він використовується як генератор і підсилювач електричних коливань. Основою приладу є кристал, розташований в корпусі. Для виготовлення кристала використовується спеціальний напівпровідниковий матеріал, за своїми властивостями знаходиться в проміжному положенні між ізолятором і провідником. Транзистор застосовується в радіо- і електронних схемах. Дані прилади можуть бути. Кожен з них володіє власними параметрами і характеристиками.

Особливості біполярних транзисторів

Електричний струм в біполярних транзисторах утворюється електричними зарядами, що мають позитивну і негативну полярність. Дірки переносять позитивну полярність, а електрони - негативну. Для даного виду пристроїв використовуються германієві або кремнієві кристали, що володіють індивідуальними особливостями, які враховуються при створенні електронних схем.

Основою кристала служать надчисті матеріали. До них додаються спеціальні домішки в точної дозуванні. Саме вони впливають на виникнення в кристалі електронної або діркової провідності. Вони позначаються відповідно, як n- або р-провідність. Відбувається формування бази, яка є одним з електродів. Спеціальні домішки, введені в кристалічну поверхню, змінюють провідність бази на протилежне значення. В результаті, утворюються зони n-р-n або р-n-р, до яких підключаються висновки. Таким чином, відбувається створення транзистора.

Джерело носіїв заряду називається емітером, а збирач носіїв є колектором. Між ними розташовується зона, яка виконує роль бази. Висновки приладу називаються відповідно до підключеними електродами. При надходженні на емітер вхідного сигналу у вигляді невеликого електричного напруги, в ланцюзі між ним і колектором буде протікати струм. Форма цього струму збігається з вхідним сигналом, однак його значення суттєво збільшується. Саме в цьому полягають підсилюють властивості транзистора.

Робота польового транзистора

У польових транзисторах спрямований рух електронів або дірок утворюється під впливом електричного поля, яке створюється на третьому електроді прикладеним напругою. З одного електрода виходять носії, тому він називається витоком. Другий електрод, на який надходять заряди, носить назву стоку. Третій електрод, керуючий рухом частинок, називається затвором. Струмопровідний ділянку, обмежений стоком і витоком, іменується каналом, тому дані пристрої ще відомі як канальні. Опір каналу змінюється під дією напруги, що утворюється на затворі. Цей фактор впливає на протікає по каналу електричний струм.

Тип носіїв заряду впливає на характеристики. В n-каналі відбувається спрямований рух електронів, а в р-каналі переміщаються дірки. Таким чином, струм з'являється під дією носіїв лише з якимось одним знаком. У цьому полягає основна відмінність польових і біполярних транзисторів.

Принцип роботи кожного польовий транзистора полягає в однополярний струмі, вимагає постійної напруги, щоб забезпечити початковий зсув. Значення полярності залежить від типу каналу, а напруга пов'язано з тим або іншим типом пристрою. В цілому, вони надійні в експлуатації, можуть працювати в широкому діапазоні частот, мають великий вхідний опір.

У всіх експериментах використовуються транзистори КТ315Б, діоди Д9Б, мініатюрні лампи розжарювання на 2,5 В х 0,068А. Головні телефони - високоомні, типу ТОН-2. Змінний конденсатор - будь-який, ємністю 15 ... 180 пФ. Батарея харчування складається з двох послідовно з'єднаних батарей по 4,5 В типорозміру 3R12. Лампи можна замінити на послідовні з'єднані світлодіод типу АЛ307 і резистор номіналом 1 кОм.

ЕКСПЕРИМЕНТ 1
Електрична схема (провідники, напівпровідники і ізолятори)

Електричний струм - це спрямований рух електронів від одного полюса до іншого під дією напруги (батарея 9 В).

Всі електрони мають однаковий негативний заряд. Атоми різних речовин мають різне число електронів. Більшість електронів міцно пов'язано з атомами, але є і так звані «вільні», або валентні, електрони. Якщо до кінців провідника прикласти напругу, то вільні електрони почнуть рухатися до позитивного полюса батареї.

У деяких матеріалах переміщення електронів відносно вільне, їх називають провідниками; в інших - переміщення утруднене, їх називають напівпровідниками; по-третє - взагалі неможливо, такі матеріали називають ізоляторами, або діелектриками.

Метали є хорошими провідниками струму. Такі речовини, як слюда, фарфор, скло, шовк, папір, бавовна, відносяться до ізоляторів.

До напівпровідників відносяться германій, кремній і ін. Провідниками дані речовини стають за певних умов. Ця властивість використовується при виробництві напівпровідникових приладів - діодів, транзисторів.

Мал. 1. Визначення провідності води

Цей експеримент демонструє роботу простий електричного кола і відмінність в провідності провідників, напівпровідників і діелектриків.

Зберіть схему, як показано на рис. 1, і виведіть оголені кінці проводів на передню частину плати. З'єднайте оголені кінці разом, лампочка буде горіти. Це говорить про те, що через ланцюг проходить електричний струм.

За допомогою двох проводів можна перевірити провідність різних матеріалів. Для точного визначення провідності тих чи інших матеріалів необхідні спеціальні прилади. (За яскравості горіння лампочки можна лише визначити, чи є досліджуваний матеріал хорошим або поганим провідником.)

Приєднайте оголені кінці двох провідників до шматка сухого дерева на невеликій відстані один від одного. Лампочка горіти не буде. Це означає, що сухе дерево є діелектриком. Якщо оголені кінці двох провідників приєднати до алюмінію, міді або стали, лампочка буде горіти. Це говорить про те, що метали є хорошими провідниками електричного струму.

Опустіть оголені кінці провідників в стакан з водопровідною водою (рис. 1, а). Лампочка не горить. Це означає, що вода є поганим провідником струму. Якщо в воду додати трохи солі і повторити досвід (рис. 1, б), лампочка буде горіти, що говорить про протікання струму в ланцюзі.

Резистор 56 Ом в цій схемі і у всіх наступних експериментах служить для обмеження струму в ланцюзі.

ЕКСПЕРИМЕНТ 2
ДІЯ діоди

Метою даного експерименту є наочна демонстрація того, що діод добре проводить струм в одному напрямку і не проводить - в зворотному.

Зберіть схему, як показано на рис. 2, а. Лампа горітиме. Поверніть діод на 180 ° (рис. 2, б). Лампочка горіти не буде.

А тепер спробуємо розібратися у фізичній сутності експерименту.

Мал. 2. Дія напівпровідникового діода в електронній ланцюга.

Напівпровідникові речовини германій і кремній мають по чотири вільних, або валентних, електрона. Атоми напівпровідника зв'язуються в щільні кристали (кристалічну решітку) (рис. 3, а).

Мал. 3. Кристалічна решітка напівпровідників.

Якщо в напівпровідник, який має чотири валентних електрони, ввести домішка, наприклад миш'яку, що має п'ять валентних електронів (рис. 3, б), то п'ятий електрон в кристалі виявиться вільним. Такі домішки забезпечують електронну провідність, або провідність n-типу.

Домішки, що мають меншу валентність, ніж атоми напівпровідника, мають здатність приєднувати до себе електрони; такі домішки забезпечують дірковий провідність, або провідність p-типу (рис. 3, в).

Мал. 4. p-n-переходи в напівпровідниковому діоді.

Напівпровідниковий діод складається з спаяний матеріалів p- і n- типів (p-n-перехід) (рис. 4, а). Залежно від полярності прикладеної напруги p-n-перехід може або сприяти (рис. 4, г), або перешкоджати (рис. 4, в) проходженню електричного струму. На кордоні двох напівпровідників ще до подачі зовнішнього напруги створюється двійковий електричний шар з місцевим електричним полем напруженістю Е 0 (рис. 4, б).

Якщо через діод пропустити змінний струм, то діод буде пропускати тільки позитивну півхвилю (рис. 4 г), а негативна проходити не буде (див. Рис. 4, в). Діод, таким чином, перетворює, або «випрямляє», змінний струм в постійний.

ЕКСПЕРИМЕНТ 3
ЯК ПРАЦЮЄ ТРАНЗИСТОР

Цей експеримент наочно демонструє основну функцію транзистора, що є підсилювачем струму. Невеликий керуючий струм в ланцюзі бази може викликати великий струм в ланцюзі емітер - колектор. Змінюючи опір базового резистора, можна змінювати струм колектора.

Зберіть схему (рис. 5). Поставте в схему по черзі резистори: 1 МОм, 470 кОм, 100 кОм, 22 кОм, 10 кОм. Можна помітити, що з резисторами 1 МОм і 470 кОм лампочка не горить; 100 кОм - лампочка ледь горить; 22 кОм - лампочка горить яскравіше; повна яскравість спостерігається при підключенні базового резистора 10 кОм.

Мал. 6. Транзистор зі структурою n-p-n.

Мал. 7. Транзистор зі структурою p-n-p.

Транзистор являє собою, по суті, два напівпровідникових діода, що мають одну загальну область - базу. Якщо при цьому загальної виявиться область з p-провідністю, то вийде транзистор зі структурою n-p-n (рис. 6); якщо загальна область буде з n-провідністю, то транзистор буде зі структурою p-n-p (рис. 7).

Область транзистора, що випромінює (емігрує) носії струму, називається емітером; область, що збирає носії струму, називається колектором. Зона, укладена між цими областями, називається базою. Перехід між емітером і базою називається емітерним, а між базою і колектором - колекторним.

На рис. 5 показано включення транзистора типу n-p-n в електричний ланцюг.

При включенні в ланцюг транзистора типу p-n-p полярність включення батареї Б змінюється на протилежну.

Для струмів, що протікають через транзистор, існує залежність

I е \u003d I б + I до

Транзистори характеризуються коефіцієнтом посилення по току, що позначається буквою β, являє собою відношення приросту струму колектора до зміни струму бази.

Значення β лежить в межах від декількох десятків до декількох сотень одиниць в залежності від типу транзистора.

ЕКСПЕРИМЕНТ 4
властивості КОНДЕНСАТОРА

Вивчивши принцип дії транзистора, можна продемонструвати властивості конденсатора. Зберіть схему (рис. 8), але не приєднуйте електролітичний конденсатор 100 мкФ. Потім підключіть його на деякий час в положення А (рис. 8, а). Лампочка загориться і згасне. Це говорить про те, що в ланцюзі йшов струм заряду конденсатора. Тепер помістіть конденсатор в положення В (рис. 8, б), при цьому руками не торкайтеся висновків, інакше конденсатор може розрядитися. Лампочка загориться і згасне, стався розряд конденсатора. Тепер знову помістіть конденсатор в положення А. Відбувся його заряд. Покладіть конденсатор на деякий час (10 с) в сторону на ізолюючий матеріал, потім помістіть в положення В. Лампочка загориться і згасне. З цього експерименту видно, що конденсатор здатний накопичувати і зберігати електричний заряд довгий час. Накопичений заряд залежить від ємності конденсатора.

Мал. 8. Схема, яка пояснює принцип дії конденсатора.

Мал. 9. Зміна напруги і струму на конденсаторі в часі.

Проведіть заряд конденсатора, встановивши його в положення А, потім розрядите його, приєднавши до висновків конденсатора провідники з оголеними кінцями (провідник тримайте за ізольовану частину!), І помістіть його в положення В. Лампочка не займеться. Як видно з цього експерименту, заряджений конденсатор виконує роль джерела живлення (батареї) в ланцюзі бази, але після використання електричного заряду лампочка гасне. На рис. 9 представлені залежності від часу: напруги заряду конденсатора; струму заряду, що протікає в ланцюзі.

ЕКСПЕРИМЕНТ 5
ТРАНЗИСТОР ЯК вимикача

Зберіть схему згідно рис. 10, але поки не встановлюйте резистор R1 і транзистор Т1 в схему. Ключ В повинен бути приєднаний до схеми в точці А і Е, щоб точку з'єднання резисторів R3, R1 можна було замикати на загальний провід (мінусова шина друкованої плати).

Мал. 10. Транзистор в схемі працює як вимикач.

Підключіть батарею, лампочка в ланцюзі колектора Т2 буде горіти. Тепер замкніть ланцюг вимикачем В. Лампочка погасне, так як вимикач з'єднує точку А з мінусовою шиною, тим самим зменшуючи потенціал точки А, отже, і потенціал бази Т2. Якщо вимикач повернути в початкове положення, лампочка загориться. Тепер від'єднайте батарею і підключіть Т1, резистор R1 Не підключайте. Підключіть батарею, лампочка знову загориться. Як і в першому випадку, транзистор Т1 відкритий і через нього проходить електричний струм. Поставте тепер резистор R1 (470 кОм) в точках С і D. Лампочка погасне. Зніміть резистор, і лампочка загориться знову.

Коли напруга на колекторі Т1 падає до нуля (при установці резистора 470 кОм), транзистор відкривається. База транзистора Т2 підключається через Т1 до мінусової шини, і Т2 закривається. Лампочка гасне. Таким чином, транзистор Т1 виконує роль вимикача.

У попередніх експериментах транзистор використовувався як підсилювач, тепер він використаний в якості вимикача.

Можливості застосування транзистора в якості ключа (вимикача) наведені в експериментах 6, 7.

ЕКСПЕРИМЕНТ 6
АВАРІЙНА СИГНАЛІЗАЦІЯ

Особливістю даної схеми є те, що транзистор Т1, який використовується в якості ключа, управляється фоторезистором R2.

Наявний в даному наборі фоторезистор змінює свій опір від 2 кОм при сильному освітленні до декількох сотень кОм в темряві.

Зберіть схему згідно рис. 11. Залежно від освітлення приміщення, де ви проводите експеримент, підберіть резистор R1 таким чином, щоб лампочка горіла нормально без затемнення фоторезистора.

Мал. 11. Схема аварійної сигналізації на основі фоторезистора.

Стан транзистора Т1 визначається дільником напруги, що складається з резистора R1 і фоторезистора R2.

Якщо фоторезистор освітлений, опір його мало, транзистор Т1 закритий, струму в його колекторної ланцюга немає. Стан транзистора Т2 визначається подачею позитивного потенціалу резисторами R3 і R4 на базу Т2. Отже, транзистор Т2 відкривається, тече колекторний струм, лампочка горить.

При затемненні фоторезистора його опір сильно збільшується і досягає величини, коли дільник подає напругу на базу Т1, достатню для його відкривання. Напруга на колекторі Т1 падає майже до нуля, через резистор R4 замикає транзистор Т2, лампочка гасне.

На практиці в подібних схемах в колекторний ланцюг транзистора Т2 можуть бути встановлені інші виконавчі механізми (дзвінок, реле і т. Д.).

У цій та в наступних схемах може бути використаний фоторезистор типу СФ2-9 або аналогічний.

ЕКСПЕРИМЕНТ 7
Автоматичне ПРИСТРІЙ ВКЛЮЧЕННЯ СВІТЛА

На відміну від експерименту 6, в данном- експерименті при затемненні фоторезистора R1 лампочка горить (рис. 12).

Мал. 12. Схема, що включає світло автоматично.

При потраплянні світла на фоторезистор його опір сильно зменшується, що призводить до відкривання транзистора Т1, а отже, до закриття Т2. Лампочка не горить.

У темряві лампочка включається автоматично.

Це властивість може використовуватися для включення і виключення ламп в залежності від освітленості.

ЕКСПЕРИМЕНТ 8
сигнальних пристроїв

Відмінною особливістю даної схеми є велика чутливість. В цьому і багатьох наступних експериментів використовується комбіноване з'єднання транзисторів (складовою транзистор) (рис. 13).

Мал. 13. оптоелектронних сигнальний пристрій.

Принцип дії даної схеми не відрізняється від схеми. При певному значенні опору резисторів R1 + R2 і опору фоторезистора R3 в ланцюзі бази транзистора Т1 протікає струм. У ланцюзі колектора Т1 теж тече струм, але в (3 разів більший струму бази Т1. Припустимо, що (β \u003d 100. Весь струм, що йде через емітер Т1, повинен пройти через перехід емітер - база Т2. Тоді струм колектора Т2 в β разів більше струму колектора Т1, струм колектора Т1 в β разів більше струму бази Т1, струм колектора Т2 приблизно в 10 000 разів більше струму бази Т1. Таким чином, складовою транзистор можна розглядати як єдиний транзистор з дуже великим коефіцієнтом посилення і велику чутливість. Другою особливістю складеного транзистора є те, що транзистор Т2 повинен бути досить потужним, в той час як керуючий їм транзистор Т1 може, бути малопотужним, так як струм, що проходить через нього, в 100 разів менше струму, що проходить через Т2.

Працездатність схеми, наведеної на рис. 13, визначається освітленістю приміщення, де проводиться експеримент, тому важливо підібрати опір R1 дільника верхнього плеча так, щоб в освітленій кімнаті лампочка не горіла, а горіла при затемненні фоторезистора рукою, затемненні кімнати шторами або при виключенні світла, якщо експеримент проводиться ввечері.

ЕКСПЕРИМЕНТ 9
ДАТЧИК ВОЛОГОСТІ

У цій схемі (рис. 14) для визначення вологості матеріалу також використовується складовою транзистор, що володіє великою чутливістю. Зсув бази Т1 забезпечується резистором R1 і двома провідниками з оголеними кінцями.

Перевірте електричний ланцюг, злегка стискаючи пальцями обох рук оголені кінці двох провідників, при цьому не поєднуючи їх один з одним. Опір пальців досить для спрацьовування схеми, і лампочка загоряється.

Мал. 14. Схема датчика вологості. Неізольовані кінці провідників пронизують промокальний папір.

Тепер оголені кінці пропустіть через промокальний папір на відстані приблизно 1,5-2 см, інші кінці приєднаєте до схеми згідно рис. 14. Потім зволожите промокальний папір між проводами водою. Лампочка загоряється (В даному випадку зменшення опору відбулося за рахунок розчинення водою наявних в папері солей.).

Якщо промокальний папір просочити соляним розчином, а потім висушити і повторити досвід, ефективність експерименту підвищується, кінці провідників можна рознести на більшу відстань.

ЕКСПЕРИМЕНТ 10
сигнальних пристроїв

Дана схема аналогічна попередній, різниця лише в тому, що лампа горить при освітленні фоторезистора і гасне при затемненні (рис. 15).

Мал. 15. Сигнальний пристрій на фоторезистори.

Схема працює в такий спосіб: при звичайному освітленні фоторезистора R1 лампочка буде горіти, так як опір R1 мало, транзистор Т1 відкритий. При виключенні світла лампочка згасне. Світло кишенькового ліхтарика або запалених сірників змусить лампочку знову горіти. Чутливість ланцюга регулюється збільшенням або зменшенням опору резистора R2.

ЕКСПЕРИМЕНТ 11
ЛІЧИЛЬНИК ВИРОБІВ

Цей експеримент треба проводити в полузатемнённом приміщенні. Весь час, коли світло падає на фоторезистор, індикаторна лампочка Л2 горить. Якщо помістити шматок картону між джерелом світла (лампочкою Л1 і фоторезистором, лампочка Л2 гасне. Якщо прибрати картон, лампочка Л2 загоряється знову (рис. 16).

Мал. 16. Лічильник виробів.

Щоб експеримент пройшов вдало, треба відрегулювати схему, т. Е. Підібрати опір резистора R3 (найбільш підходящим в цьому випадку є 470 Ом).

Ця схема практично може бути використана для счта партії виробів на конвеєрі. Якщо джерело світла і фоторезистор розміщені таким чином, що між ними проходить партія виробів, ланцюг то включається, то вимикається, так як потік світла переривається проходять виробами. Замість індикаторної лампочки Л2 використовується спеціальний лічильник.

ЕКСПЕРИМЕНТ 12
ПЕРЕДАЧА СИГНАЛУ ЗА ДОПОМОГОЮ СВІТЛА

Мал. 23. Дільник частоти на транзисторах.

Транзистори Т1 і Т2 відкриваються по черзі. Керуючий сигнал посилається в тригер. Коли транзистор Т2 відкритий, лампочка Л1 не горить. Лампочка Л2 загоряється, коли транзистор Т3 відкрито. Але транзистори Т3 і Т4 відкриваються і закриваються по черзі, отже, лампочка Л2 загоряється при кожному другому керуючому Сигнали, що посилаються мультивібратором. Таким чином, частота горіння лампочки Л2 в 2 рази менше частоти горіння лампочки Л1.

Це властивість може використовуватися в електрооргані: частоти всіх нот верхньої октави органу діляться навпіл і створюється тон на октаву нижче. Процес може повторюватися.

ЕКСПЕРИМЕНТ 18
СХЕМА «І» по одиницях

В цьому експерименті транзистор використовується в якості ключа, а лампочка є індикатором виходу (рис. 24).

Ця схема є логічною. Лампочка буде горіти, якщо на базі транзистора (точка С) буде високий потенціал.

Припустимо, точки А і В не з'єднані з негативною шиною, вони мають високий потенціал, отже, в точці С також високий потенціал, транзистор відкритий, лампочка горить.

Мал. 24. Логічний елемент 2І на транзисторі.

Приймемо умовно: високий потенціал - логічна «1» - лампочка горить; низький потенціал - логічний «0» - лампочка не горить.

Таким чином, при наявності в точках А і В логічних «1», в точці С теж буде «1».

Тепер з'єднаємо точку А з негативною шиною. Її потенціал стане низьким (впаде до «0» В). Точка В має високий потенціал. По ланцюгу R3 - Д1 - батарея потече струм. Отже, в точці С буде низький потенціал або «0». Транзистор закритий, лампочка не горить.

З'єднаємо з землею точку В. Струм тепер тече по ланцюгу R3 - Д2 - батарея. Потенціал в точці С низький, транзистор закритий, лампочка не горить.

Якщо обидві точки з'єднати із Землею, в точці С також буде низький потенціал.

Подібні схеми можуть бути використані в електронному екзаменаторів і інших логічних схемах, де сигнал на виході буде лише при наявності одночасних сигналів в двох і більше вхідних каналах.

Можливі стану схеми відображені в таблиці.

Таблиця істинності схеми І

ЕКСПЕРИМЕНТ 19
СХЕМА «АБО» по одиницях

Ця схема протилежна попередньої. Щоб в точці С був «0», необхідно, щоб в точках А і В також був «0», т. Е. Точки А і В треба з'єднати з негативною шиною. У цьому випадку транзистор закриється, лампочка згасне (рис. 25).

Якщо тепер тільки одну з точок, А чи В, з'єднати з негативною шиною, то в точці С все одно буде високий рівень, т. Е. «1», транзистор відкритий, лампочка горить.

Мал. 25. Логічний елемент 2ИЛИ на транзисторі.

При приєднанні точки В до негативної шині ток піде через R2, Д1 і R3. Через діод Д2 струм не піде, тому що він включений в зворотному для провідності напрямку. У точці С буде близько 9 В. Транзистор відкритий, лампочка горить.

Тепер точку А з'єднаємо з негативною шиною. Струм піде через R1, Д2, R3. Напруга в точці С буде близько 9 В, транзистор відкритий, лампочка горить.

Таблиця істинності схеми АБО

ЕКСПЕРИМЕНТ 20
СХЕМА «НЕ» (ИНВЕРТОР)

Цей експеримент демонструє роботу транзистора в якості інвертора - пристрою, здатного змінювати полярність вихідного сигналу щодо вхідного на протилежний. В експериментах і транзистор не був частиною діючих логічних схем, він лише служив для включення лампочки. Якщо точку А з'єднати з негативною шиною, то потенціал її впаде до, «0», транзистор закриється, лампочка згасне, в точці В - високий потенціал. Це означає логічну «1» (рис. 26).

Мал. 26. Транзистор працює як інвертор.

Якщо точка А не вставлений у негативній шиною, т. Е. В точці А - «1», то транзистор відкритий, лампочка горить, напруга в точці В близько до «0» або це становить логічний «0».

В цьому експерименті транзистор є складовою частиною логічної схеми і може використовуватися для перетворення схеми АБО в АБО-НЕ і схеми І в І-НЕ.

Таблиця істинності схеми НЕ

ЕКСПЕРИМЕНТ 21
СХЕМА «І-НЕ»

Цей експеримент поєднує в собі два експерименти: 18 - схема І і 20 - схема НЕ (рис. 27).

Дана схема функціонує аналогічно схемі, формуючи на базі транзистора «1» або «0».

Мал. 27. Логічний елемент 2І-НЕ на транзисторі.

Транзистор використовується в якості інвертора. Якщо на базі транзистора з'являється «1», то на виході точка - «0» і навпаки.

Якщо потенціали в точці D порівняти з потенціалами в точці С, видно, що вони інвертовані.

Таблиця істинності схеми І-НЕ

ЕКСПЕРИМЕНТ 22
СХЕМА «АБО-НЕ»

Цей експеримент поєднує в собі два експерименти: - схема АБО і - схема НЕ (рис. 28).

Мал. 28. Логічний елемент 2ИЛИ-НЕ на транзисторі.

Схема функціонує точно так же, як в експерименті 20 (на базі транзистора виробляється «0» або «1»). Різниця лише в тому, що транзистор використовується в якості інвертора: якщо «1» на вході транзистора, то «0» на його виході і навпаки.

Таблиця істинності схеми АБО-НЕ

ЕКСПЕРИМЕНТ 23
СХЕМА «І-НЕ», зібраний на транзисторах

Ця схема складається з двох логічних схем НЕ, колектори транзисторів яких з'єднані в точці С (рис. 29).

Якщо обидві точки, А і В, з'єднати з негативною шиною, то їх потенціали стануть рівними «0». Транзистори закриються, в точці С буде високий потенціал, лампочка горіти не буде.

Мал. 29. Логічний елемент 2І-НЕ.

Якщо лише точку А з'єднати з негативною шиною, в точці В логічна «1», Т1 закритий, а Т2 відкритий, тече колекторний струм, лампочка горить, в точці С логічний «0».

Якщо точку В з'єднати з негативною шиною, то на виході також буде «0», лампочка буде горіти, в цьому випадку Т1 відкритий, Т2 закритий.

І, нарешті, якщо точки А і В мають логічну «1» (пов'язані з негативною шиною), обидва транзистора відкриті. На їх колекторах «0», ток тече через обидва транзистора, лампочка горить.

Таблиця істинності схеми І-НЕ

ЕКСПЕРИМЕНТ 24
ДАТЧИК ТЕЛЕФОНУ І УСИЛИТЕЛЬ

У схемі експерименту обидва транзистора використовуються в якості підсилювача звукових сигналів (рис.30).

Мал. 30. Індуктивний датчик телефону.

Сигнали уловлюються і подаються на базу транзистора Т1 за допомогою індуктивної котушки L, потім вони посилюються і подаються в телефон. Коли ви закінчили збирати схему на платі, розташуйте феритовий стрижень поблизу телефону перпендикулярно входять проводам. Буде чути мова.

У цій схемі і в подальшому в якості індуктивного котушки L використовується феритовий стрижень діаметром 8 мм і довжиною 100-160 мм, марки 600НН. Обмотка містить приблизно 110 витків мідного ізольованого проводу діаметром 0,15..0,3 мм типу ПЕЛ або ПЗВ.

ЕКСПЕРИМЕНТ 25
мікрофонний підсилювач

Якщо є в наявності зайвий телефон (рис. 31), він може бути використаний замість котушки індуктивності в попередньому експерименті. В результаті цього матимемо чутливий мікрофонний підсилювач.

Мал. 31. Мікрофонний підсилювач.

В межах зібраної схеми можна отримати подібність пристрої двостороннього зв'язку. Телефон 1 можна використовувати як приймальний пристрій (підключення в точці А), а телефон 2 - як вихідний пристрій (підключення в точці В). При цьому другі кінці обох телефонів повинні бути з'єднані з негативною шиною.

ЕКСПЕРИМЕНТ 26
ПІДСИЛЮВАЧ ДЛЯ ПРОГРАВАЧА

За допомогою грамофона підсилювача (рис. 32) можна слухати записи, не порушуючи спокою оточуючих.

Схема складається з двох каскадів звукового посилення. Вхідним сигналом є сигнал, що йде зі звукознімача.

Мал. 32. Підсилювач для програвача.

На схемі буквою А позначений датчик. Цей датчик і конденсатор С2 є ємнісним дільником напруги для зменшення початкової гучності. Підлаштування конденсатор С3 і конденсатор С4 є вторинним дільником напруги. За допомогою С3 регулюється гучність.

ЕКСПЕРИМЕНТ 27
«ЕЛЕКТРОННА СКРИПКА»

Тут схема мультивібратора призначена для створення електронної музики. Схема аналогічна. Головною відмінністю є те, що резистор зміщення бази транзистора Т1 є змінним. Резистор 22 кОм (R2), з'єднаний послідовно з перемінним резистором, забезпечує мінімальний опір зсуву бази Т1 (рис. 33).

Мал. 33. Мультивибратор для створення музики.

ЕКСПЕРИМЕНТ 28
Блимає зумер МОРЗЕ

У цій схемі мультивібратора призначений для генерування імпульсів з тональної частотою. Лампочка загоряється при включенні живлення схеми (рис. 34).

Телефон в цій схемі включається в ланцюг між колектором транзистора Т2 через конденсатор С4 і негативною шиною плати.

Мал. 34. Генератор для вивчення абетки Морзе.

За допомогою цієї схеми можна практикуватися у вивченні абетки Морзе.

Якщо вас не влаштовує тон звуку, поміняйте місцями конденсатори С2 і С1.

ЕКСПЕРИМЕНТ 29
МЕТРОНОМ

Метроном - це прилад для завдання ритму (темпу), наприклад, в музиці. Для цих цілей раніше застосовувався маятниковий метроном, який давав як візуальне, так і чутне позначення темпу.

В даній схемі зазначені функції виконує мультивибратор. Частота темпу дорівнює приблизно 0,5 с (рис. 35).

Мал. 35. Метроном.

Завдяки телефону і індикаторної лампочки є можливість чути і візуально відчувати заданий ритм.

ЕКСПЕРИМЕНТ 30
Звукових сигнальних пристроїв з автоматичним поверніться у вихідне положення

Ця схема (рис. 36) демонструє застосування одновібратора, робота якого описана в експерименті 14. У початковому стані транзистор Т1 відкритий, а Т2 закритий. Телефон тут використовується в якості мікрофону. Свист в мікрофон (можна просто подути) або легке постукування збуджує змінний струм в ланцюзі мікрофона. Негативні сигнали, вступаючи на базу транзистора Т1, закривають його, а отже, відкривають транзистор Т2, в ланцюзі колектора Т2 з'являється струм, і лампочка загоряється. У цей час відбувається заряд конденсатора С1 через резистор R1. Напруга зарядженого конденсатора С2 досить для відкривання транзистора Т1, т. Е. Схема повертається в своє початкове стан мимовільно, лампочка при цьому гасне. Час горіння лампочки становить близько 4 с. Якщо конденсатори С2 і С1 поміняти місцями, то час горіння лампочки збільшиться до 30 с. Якщо резистор R4 (1 кОм) замінити на 470 кОм, то час збільшиться з 4 до 12 с.

Мал. 36. Акустичний сигнальний пристрій.

Цей експеримент можна представити у вигляді фокуса, який можна показати в колі друзів. Для цього необхідно зняти один з мікрофонів телефону і покласти його під плату близько лампочки таким чином, щоб отвір в платі збігалося з центром мікрофона. Тепер, якщо подути на отвір в платі, буде здаватися, що ви дуеті на лампочку і тому вона загоряється.

ЕКСПЕРИМЕНТ 31
Звукових сигнальних пристроїв З ручним поверніться у вихідне положення

Ця схема (рис. 37) за принципом дії аналогічна попередній, з тією лише різницею, що при перемиканні схема не повертається автоматично в початковий стан, а виробляється це за допомогою вимикача В.

Мал. 37. Акустичний сигнальний пристрій з ручним скиданням.

Стан готовності схеми або початковий стан буде, коли транзистор Т1 відкритий, Т2 закритий, лампа не горить.

Легкий свист в мікрофон дає сигнал, який замикає транзистор Т1, при цьому відкриваючи транзистор Т2. Сигнальна лампочка загоряється. Вона буде горіти до тих пір, поки транзистор Т2 ви не вийдете. Для цього необхідно закоротити базу транзистора Т2 на негативну шину ( «землю») за допомогою ключа В. До подібних схем можна підключати інші виконавчі пристрої, наприклад реле.

ЕКСПЕРИМЕНТ 32
ПРОСТІЙШИЙ детекторний приймач

Початківцю радіоаматорові конструювання радіоприймачів слід починати з найпростіших конструкцій, наприклад з детекторного приймача, схема якого представлена \u200b\u200bна рис. 38.

Працює детекторний приймач наступним чином: електромагнітні хвилі, що посилаються в ефір радіостанціями, перетинаючи антену приймача, наводять у ній напруга з частотою, що відповідає частоті сигналу радіостанції. Наведене напруга надходить у вхідний контур L, С1. Іншими словами, цей контур називається резонансним, так як він заздалегідь налаштовується на частоту бажаної радіостанції. У резонансному контурі вхідний сигнал посилюється в десятки разів і після цього надходить на детектор.

Мал. 38. Детекторний приймач.

Детектор зібраний на напівпровідниковому діоді, який служить для випрямлення модульованого сигналу. Низькочастотна (звукова) складова пройде через головні телефони, і ви почуєте мова або музику в залежності від передачі даної радіостанції. Високочастотна складова продетектированного сигналу, минаючи головні телефони, пройде через конденсатор С2 на землю. Ємність конденсатора С2 визначає ступінь фільтрації високочастотної складової продетектированного сигналу. Зазвичай ємність конденсатора С2 вибирають таким чином, щоб для звукових частот він представляв великий опір, а для високочастотної складової його опір було мало.

Як конденсатора С1 можна використовувати будь-який малогабаритний конденсатор змінної ємності з межами вимірювання 10 ... 200 пФ. В даному конструкторі для настройки контуру використовується керамічний підлаштування конденсатор типу КПК-2 ємністю від 25 до 150 пФ.

Котушка індуктивності L має наступні параметри: число витків - 110 ± 10, діаметр дроту - 0,15 мм, тип - ПЕВ-2, діаметр каркаса з ізоляційного матеріалу - 8,5 мм.

АНТЕНА

Правильно зібраний приймач починає працювати відразу при підключенні до нього зовнішньої антени, яка представляє собою шматок мідного дроту діаметром 0,35 мм, довжиною 15-20 м, підвішеного на ізоляторах на деякій висоті над землею. Чим вище буде знаходитися антена над землею, тим краще буде прийом сигналів радіостанцій.

ЗАЗЕМЛЕННЯ

Гучність прийому зростає, якщо до приймача підключити заземлення. Провід заземлення повинен бути коротким і мати невеликий опір. Його кінець з'єднується з мідною трубою, що йде в глиб грунту.

ЕКСПЕРИМЕНТ 33
Детекторний приймач З підсилювача низької частоти

Ця схема (рис. 39) аналогічна попередньою схемою детекторного приймача з тією лише різницею, що тут доданий найпростіший підсилювач низької частоти, зібраний на транзисторі Т. Підсилювач низької частоти служить для збільшення потужності сигналів, продетектірованних діодом. Схема налаштування коливального контуру з'єднана з діодом через конденсатор С2 (0,1 мкФ), а резистор R1 (100 кОм) забезпечує диоду постійний зсув.

Мал. 39. Детекторний приймач з однокаскадним УНЧ.

Для нормальної роботи транзистора використовується джерело живлення напругою 9 В. Резистор R2 необхідний для того, щоб забезпечити подачу напруги на базу транзистора для створення необхідного режиму його роботи.

Для цієї схеми, як і в попередньому експерименті, необхідні зовнішня антена і заземлення.

ЕКСПЕРИМЕНТ 34

ПРОСТИЙ транзисторні приймачі

Приймач (рис. 40) відрізняється від попереднього тим, що замість діода Д встановлений транзистор, який одночасно працює і як детектор високочастотних коливань, і як підсилювач низької частоти.

Мал. 40. однотранзісторний приймач.

Детектування високочастотного сигналу в цьому приймачі здійснюється на ділянці база - емітер, тому спеціального детектора (діода) такий приймач не вимагає. Транзистор з коливальним контуром пов'язаний, як і в попередній схемі, через конденсатор ємністю 0,1 мкФ і є розв'язуючим. Конденсатор С3 служить для фільтрації високочастотної складової сигналу, яка також посилюється транзистором.

ЕКСПЕРИМЕНТ 35
регенеративної приймач

У цьому приймачі (рис. 41) регенерація використовується для поліпшення чутливості і вибірковості контуру. Цю роль виконує котушка L2. Транзистор в цій схемі включений трохи інакше, ніж у попередній. Напруга сигналу з вхідного контуру надходить на базу транзистора. Транзистор детектирует і підсилює сигнал. Високочастотна складова сигналу не відразу надходить на фільтруючий конденсатор С3, а проходить спочатку через обмотку зворотного зв'язку L2, яка знаходиться на одному сердечнику з контурною котушкою L1. Завдяки тому, що котушки розміщені на одному сердечнику, між ними існує індуктивна зв'язок, і частина посиленого напруги високочастотного сигналу з колекторної ланцюга транзистора знову надходить у вхідний контур приймача. При правильному включенні решт котушки зв'язку L2 напруга зворотного зв'язку, що надходить в контур L1 за рахунок індуктивного зв'язку, збігається за фазою з приходять з антени сигналом, і відбувається як би збільшення сигналу. Чутливість приймача при цьому підвищується. Однак при великій індуктивного зв'язку такий приймач може перетворитися в генератор незатухаючих коливань, і в телефонах прослуховується різкий свист. Щоб усунути надмірне збудження, необхідно зменшити ступінь зв'язку між котушками L1 і L2. Досягається це або видаленням котушок один від одного, або зменшенням числа витків котушки L2.

Мал. 41. Регенеративний приймач.

Може трапитися, що зворотний зв'язок не дає бажаного ефекту і прийом станцій, добре чутних раніше, при введенні зворотного зв'язку припиняється зовсім. Це говорить про те, що замість позитивного зворотного зв'язку утворилася негативна і потрібно поміняти місцями кінці котушки L2.

На невеликих відстанях від радіостанції описуваний приймач добре працює без зовнішньої антени, на одну магнітну антену.

Якщо чутність радіостанції низька, до приймача все ж потрібно підключити зовнішню антену.

Приймач з одного ферритовой антеною необхідно встановити так, щоб приходять від радіостанції електромагнітні хвилі створювали в котушці коливального контуру найбільший сигнал. Таким чином, коли ви за допомогою змінного "конденсатора налаштувалися на сигнал радіостанції, якщо чутність погана, повертайте схему для отримання сигналів в телефонах потрібної для вас гучності.

ЕКСПЕРИМЕНТ 36
Двухтранзісторного регенеративної приймач

Ця схема (рис. 42) відрізняється від попередньої тим, що тут використовується підсилювач низької частоти, зібраний на транзисторах Т2.

За допомогою двухтранзісторного регенеративного приймача можна вести прийом великої кількості радіостанцій.

Мал. 42. Регенеративний приймач з підсилювачем низької частоти.

Хоча в даному конструкторі (набір № 2) є лише котушка для довгих хвиль, схема може працювати як на середніх, так і на коротких хвилях, при використанні відповідних підлаштування котушок. Їх можна виготовити самим.

ЕКСПЕРИМЕНТ 37
«Пеленгатором»

Схема цього експерименту аналогічна схемі експерименту 36 без антени і «землі».

Налаштуйтеся на потужну радіостанцію. Візьміть плату в руки (вона повинна перебувати горизонтально) і обертайте, поки не зникне звук (сигнал) або, по крайней мере, зменшиться до мінімуму. У цьому положенні вісь фериту точно вказує на передавач. Якщо тепер повернути плату на 90 °, сигнали будуть добре чутні. Але більш точно місцезнаходження радіостанції можна визначити графоматематіческім методом, використовуючи при цьому компас для визначення кута по азимуту.

Для цього необхідно знати напрямок розташування передавача з різних позицій - А і В (рис. 43, а).

Припустимо, ми знаходимося в точці А, визначили напрямок розташування передавача, воно становить 60 °. Перемістимося тепер в точку В, при цьому заміряємо відстань АВ. Визначимо другий напрямок розташування передавача, воно становить 30 °. Перетин двох напрямків і є місцезнаходженням передавальної станції.

Мал. 43. Схема пеленгації радіостанції.

Якщо у вас є карта з розташуванням на ній радіомовних станцій, тобто можливість точно визначити ваше місцезнаходження.

Налаштуйтеся на станцію А, нехай вона буде розташована під кутом 45 °, а потім налаштуйтеся на станцію В; її азимут, припустимо, дорівнює 90 °. З огляду на ці кути, проведіть на карті через точки А і В лінії, їх перетин і дасть ваше місцезнаходження (рис. 43, б).

Таким же способом кораблі і літаки орієнтуються в процесі руху.

КОНТРОЛЬ ЦЕПИ

Щоб під час експериментів схеми працювали надійно, необхідно упевнитися, що батарея заряджена, всі з'єднання чисті, а все гайки надійно загвинчені. Висновки батареї повинні бути правильно з'єднані; при підключенні необхідно строго дотримуватись полярності електролітичних конденсаторів і діодів.

ПЕРЕВІРКА КОМПОНЕНТІВ

Діоди можуть бути перевірені в; транзистори - в; електролітичні конденсатори (10 і 100 мкФ) - в. Головний телефон також можна перевірити, підключивши його до батареї, - в навушнику буде чутно «потріскування».

У минулій статті ми розглядали схему без біполярного транзистора. Для того, щоб зрозуміти, як працює транзистор, ми з вами зберемо простий регулятор потужності світіння лампочки розжарювання за допомогою двох і транзистора.

Як працює транзистор

Давайте згадаємо, як веде себе транзистор. За ідеєю, біполярний транзистор являє собою кероване опір між колектором і емітером, яке управляється силою струму бази. Про все це я писав ще в.

Якщо уявити транзистор, як цей краник, то можна провести невелику аналогію. За допомогою одного мізинчик я можу включати шалений потік води, який негайно побіжить по трубі.

Також не забувайте, що регулюючи кут положення рукоятки, я також можу плавно регулювати потік води в трубі.

Відкриваю кран, потік води біжить на повну котушку:

Закриваю краник, вода не біжить:

Ну що згадали?

Управління потужністю за допомогою транзистора

Отже, я буду робити схему регулятора потужності світіння лампочки розжарювання за допомогою радянського транзистора КТ815Б. Вона буде виглядати наступним чином:

На схемі ми бачимо лампу розжарювання, транзистор і два резистора. Один з них змінний. Отже, головне правило транзистора: змінюючи силу струму в ланцюзі бази, ми тим самим змінюємо силу струму в ланцюзі колектора, А отже, потужність світіння самої лампи.

Як в нашій схемі буде все це виглядатиме? Тут я показав дві гілки. Одну синім кольором, іншу червоним.

Як ви бачите, в синій гілці ланцюга послідовно один за одним йдуть +12 - R1 - R2 - база - емітер - мінус харчування. А як ви пам'ятаєте, якщо резистори або різні споживачі (навантаження) ланцюга йдуть один за одним послідовно, то через всі ці навантаження, споживачі і резистори протікає одна і та ж сила струму. Правило подільника напруги. Тобто в даний момент для зручності пояснення, я назвав цю силу струму, як струм бази I б. Все те ж саме можна сказати і про червону гілки. Струм піде таким шляхом: +12 - лампочка - колектор - емітер - мінус харчування. У ній буде протікати струм колектора I до.

Отже, для чого ми зараз розібрали ці гілки ланцюга? Справа в тому, що через базу і емітер протікає базовий струм I б , Який протікає також і через змінний резистор R1 і резистор R2. Через колектор-емітер протікає струм колектора Ік , Який також тече і через лампочку розжарювання.

Ну і тепер найцікавіше: колекторний струм залежить від того, яка сила струму в даний момент тече через базу-емітер. Тобто додавши базовий струм, ми тим самим додаємо і колекторний струм. А раз колекторний струм у нас став більше, значить і через лампочку сила струму стала більше, і лампочка загорілася ще яскравіше. Керуючи слабким струмом бази, ми можемо керувати великим струмом колектора.Це і є принцип роботи біполярного транзистора.

Як нам тепер регулювати силу струму через базу-емітер? Згадуємо закон Ома: I \u003d U / R. Отже, додаючи або збавляючи значення опору в ланцюзі бази, ми тим самим можемо змінювати силу струму бази! Ну а вона вже буде регулювати силу струму в ланцюзі колектора. Виходить, змінюючи значення змінного резистора, ми тим самим змінюємо світіння лампочки ;-)

І ще один невеликий нюанс.

Як ви помітили в схемі є резистор R2. Для чого він потрібен? Справа вся в тому, що може трапиться пробою переходу база-емітер. Або, простою мовою, він вигорить. Якби його не було, то при зміні опору на змінному резисторі R1 до нуля Ом, ми б махом випалили бази-емітера. Тому, щоб такого не було, ми повинні підібрати резистор, який би при опорі на R1 в нуль Ом, обмежував би силу струму на базу, щоб її не випалити.

Виходить, ми повинні підібрати таку силу струму на базу, щоб лампочка світилася на повну яскравість, але при цьому перехід база-емітер був би цілим. Якщо сказати мовою електроніки - ми повинні підібрати такий резистор, який би загнав транзистор в кордон насичення, але не більше того.

Робота реальної схеми

Ну а тепер справа за практикою. Збираємо схему в реалі:

Кручу змінний резистор і домагаюся того, щоб лампочка горіла на весь накал:

Кручу ще трохи і лампочка світить в підлогу напруження:

Викручую змінний резистор до упору і лампочка гасне:

Замість лампочки можна взяти будь-яку іншу навантаження, наприклад, вентилятор від комп'ютера. В цьому випадку, змінюючи значення змінного резистора, я можу управляти частотою обертання вентилятора, тим самим зменшуючи або додаючи силу потоку повітря.

Тут вентилятор не крутиться, так як я на змінному резисторі виставив великий опір:

Ну а тут, покрутивши змінний резистор, я вже можу регулювати обороти вентилятора:

Можна сказати, що вийшла готова схема, щоб обдувати себе жарким літнім днем \u200b\u200b;-). Стало холодно - збавив оберти, стало занадто жарко - додав ;-)

Прошаренние чайники-електронники можуть сказати: "А навіщо так сильно все було ускладнювати? Чи не простіше було просто взяти змінний резистор і з'єднати послідовно з навантаженням?

Так можна.

Але повинні дотримуватися деякі умови. Припустимо у нас лампа розжарювання великої потужності, а значить і сила струму в ланцюзі теж буде пристойна. В цьому випадку змінний резистор повинен бути великої потужності, так як при викручування до упору в сторону маленького опору через нього побіжить великий струм. Згадуємо формулу виділеної потужності на навантаженні: P \u003d I 2 R. Змінний резистор згорить (перевірено не раз на власному досвіді).

У схемі з транзистором весь тягар відповідальності, чи то пак всю потужність розсіювання, транзистор бере на себе. У схемі з транзистором змінний резистор спалити вже буде неможливо, так як сила струму в ланцюзі бази в десятки, а то і в сотні разів менше (в залежності від бети транзистора), ніж сила струму через навантаження, в нашому випадку через лампочку.

Грітися по-максимуму транзистор буде тільки тоді, коли ми регулюємо потужність навантаження наполовину. В цьому випадку половина відсікається потужності в навантаженні буде розсіюватися на транзисторі. Тому, якщо ви регулюєте потужне навантаження, то для початку поцікавтеся таким параметром, як потужність розсіювання транзистора і при необхідності не забувайте ставити транзистори на радіатори.

резюме

Головне призначення транзистора - управління великою силою струму за допомогою малої сили струму, тобто за допомогою маленького базового струму ми можемо регулювати пристойний колекторний струм.

Є критичного значення базового струму, які не можна перевищувати, інакше згорить перехід база-емітер. Така сила струму через базу виникає, якщо потенціал на базі буде більше 5 Вольт в прямому зміщенні. Але краще навіть близько не наближатися до такого значення. Також не забувайте, щоб відкрити транзистор, на базі повинен бути потенціал більше, ніж 0,6-0,7 Вольт для кремнієвого транзистора.

Резистор в базі служить для обмеження струму, що протікає через базу-емітер. Його значення вибирають в залежності від режиму роботи схеми. В основному це межа насичення транзистора, при якому колекторний струм починає приймати свої максимальні значення.

При проектуванні схеми не забуваємо, що зайва потужність розсіюється на транзисторі. Самий ощадливий режим - це режим відсічення і насичення, тобто лампа або взагалі не горить, або горить на всю потужність. Найбільша потужність буде виділятися на транзисторі в тому випадку, якщо лампа горить в підлогу напруження.

У цій статті постараємося описати принцип роботи найпоширенішого типу транзистора - біполярного. біполярний транзистор є одним з головних активних елементів радіоелектронних пристроїв. Призначення його - робота щодо посилення потужності електричного сигнал надходить на його вхід. Посилення потужності здійснюється за допомогою зовнішнього джерела енергії. Транзистор - це радіоелектронний компонент, що володіє трьома висновками

Конструкційна особливість біполярного транзистора

Для виробництва біполярного транзистора потрібен напівпровідник діркового або електронного типу провідності, який отримують методом дифузії або сплаву акцепторними домішками. В результаті цього з обох сторін бази утворюються області з полярними видами провідностей.

Біполярні транзистори з провідності бувають двох видів: n-p-n і p-n-p. Правила роботи, яким підпорядкований біполярний транзистор, що має n-p-n провідність (для p-n-p необхідно поміняти полярність прикладеної напруги):

1. Позитивний потенціал на колекторі має більше значення в порівнянні з емітером.
2. Будь-транзистор має свої максимально допустимі параметри Іб, Ік і Uке, перевищення яких в принципі неприпустимо, так як це може привести до руйнування напівпровідника.
3. Висновки база - емітер і база - колектор функціонують на зразок діодів. Як правило, діод у напрямку база - емітер відкритий, а у напрямку база - колектор зміщений в протилежному напрямку, тобто надходить напруга заважає протіканню електричного струму через нього.
4. Якщо пункти з 1 по 3 виконані, то струм Ік прямо пропорційний току Iб і має вигляд: Ік \u003d hе21 * Іб, де hе21 є коефіцієнтом посилення по току. Дане правило характеризує головне якість транзистора, а саме те, що малий струм бази надає управління потужним струмом колектора.

Для різних біполярних транзисторів однієї серії показник hе21 може принципово відрізнятися від 50 до 250. Його величина так само залежить від струму, що протікає колектора, напруги між емітером і колектором, і від температури навколишнього середовища.

Вивчимо правило №3. З нього випливає, що напруга, прикладена між емітером і базою годі було значно збільшувати, оскільки, якщо напруга бази буде більше емітера на 0,6 ... 0,8 В (пряма напруга діода), то з'явиться вкрай великий струм. Таким чином, в працюючому транзисторі напруги на емітер і базі взаємопов'язані за формулою: Uб \u003d Uе + 0,6 (Uб \u003d Uе + Uбе)

Ще раз нагадаємо, що всі зазначені моменти відносяться до транзисторів, які мають n-p-n провідність. Для типу p-n-p все слід змінити на протилежне.

Ще слід звернути увагу на те, що струм колектора не має зв'язку з провідністю діода, оскільки, як правило, до діода колектор - база надходить зворотне напруга. В добавок, ток протікає через колектор вельми мало залежить від потенціалу на колекторі (даний діод аналогічний малому джерела струму)

При включенні транзистора в режимі посилення, емітерний перехід виходить відкритим, а перехід колектора закритий. Це виходить шляхом підключення джерел живлення.

Оскільки емітерний перехід відкритий, то через нього буде проходити емітерний струм, що виникає через перехід дірок з бази в емітер, а так же електронів з емітера в базу. Таки чином, струм емітера містить дві складові - дірковий і електронну. Коефіцієнт інжекції визначає ефективність емітера. Інжекцією зарядів називають перенесення носіїв зарядів із зони, де вони були основними в зону, де вони робляться неосновними.

У базі електрони рекомбінують, а їх концентрація в базі заповнюється від плюса джерела Ее. В результаті цього в електричному ланцюзі бази буде текти досить слабкий струм. Решта електрони, які не встигли рекомбінувати в базі, під розганяє впливом поля замкненого колекторного переходу, як неосновні носії, будуть переміщатися в колектор, створюючи колекторний струм. Перенесення носіїв зарядів із зони, де вони були неосновними, в зону, де вони стають основними, називається екстракцією електричних зарядів.

Транзистор (transistor, англ.) - тріод, з напівпровідникових матеріалів, з трьома виходами, основна властивість якого - порівняно низьким вхідним сигналом управляти значним струмом на виході ланцюга. У радіодеталях, з яких збирають сучасні складні електроприлади, використовуються польові транзистори. Їх властивості дозволяють вирішувати завдання по виключенню або включенню струму в електричному ланцюзі друкованої плати, або його посилення.

Що таке польовий транзистор

Польовий транзистор - це пристрій з трьома або чотирма контактами, в якому ток на двох контактах регулюється напругою електричного поля на третьому. Тому їх називають польовими.

Контакти:

Польовий транзистор з п - р переходом - особливий вид транзисторів, які служать для управління струмом.

Він відрізняється від простого звичайного тим, що струм в ньому проходить, не перетинаючи зони р - n переходу, зони, що утворюється на межі цих двох зон. Розмір р - n зони регулюється.

Польові транзистори, їх види

Польові транзистори з п - р переходом ділять на класи:

1. За типом каналу провідника: n або р. Від каналу залежить знак, полярність, сигналу управління. Вона повинна бути протилежна за знаком n-зоні.
2. За структурою приладу: дифузні, сплавні по р - n - переходом, з затвором, тонкоплівкові.
3. За кількістю контактів: 3-х і 4-контактні. У разі 4-контактного приладу, підкладка також виконує роль затвора.
4. За використовуваним матеріалами: германій, кремній, арсенід галію.

Класи діляться за принципом роботи:

• пристрій під управлінням р - n переходу;
• пристрій з ізольованим затвором або з бар'єром Шотткі.

Польовий транзистор, принцип роботи

По-простому, як працює польовий транзистор з керуючим р-п переходом, можна сказати так: радіодеталей складається з двох зон: р - переходу і п - переходу. За зоні п тече електричний струм. Зона р - перекриває зона свого роду вентиль. Якщо на неї сильно натиснути, вона перекриває зону для проходження струму і його проходить менше. Або, якщо тиск знизити пройде більше. Такий тиск здійснюють збільшенням напруги на контакті затвора, що знаходиться в зоні р.

Прилад з керуючим р - п канальним переходом - це напівпровідникова пластина з електропровідністю одного з цих типів. До торців пластини приєднані контакти: стік і джерело, в середині - контакт затвора. Дія пристрою базується на змінності товщини простору р-п переходу. Оскільки в замикаючої області майже немає рухомих носіїв заряду, її провідність дорівнює нулю. В напівпровідниковій пластині, в області не під впливом замикаючого шару, створюється проводить струм канал. При подачі негативної напруги по відношенню до витоку, на затвор створюється потік, по якому закінчуються носії заряду.

У разі ізольованого затвора, на ньому розташований тонкий шар діелектрика. Цей вид пристрою працює на принципі електричного поля. Щоб зруйнувати його досить невеликого електрики. Тому для захисту від статичної напруги, яке може досягати тисяч вольт, створюють спеціальні корпуси приладів - вони дозволяють мінімізувати вплив вірусного електрики.

Навіщо потрібен польовий транзистор

Розглядаючи роботу складної електронної техніки, як роботу польового транзистора (як одного з компонентів інтегральної схеми) складно уявити, що основні напрями його роботи п'ять:

1. Підсилювачі високих частот.
2. Підсилювачі низьких частот.
3. Модуляція.
4. Підсилювачі постійного струму.
5. Ключові пристрої (вимикачі).

На простому прикладі роботу транзистора, як вимикача, можна уявити як компоновку мікрофона з лампочкою. Мікрофон вловлює звук, від цього з'являється електричний струм. Він надходить на замкнений польовий транзистор. Своєю присутністю ток включає пристрій, включає електричний ланцюг, до якої підключена лампочка. Лампочка загоряється при уловлюванні звуку мікрофоном, але горить за рахунок джерела живлення, не пов'язаного з мікрофоном і більш потужного.

модуляція застосовується для управління інформаційним сигналом. Сигнал управляє частотою коливання. Модуляція застосовується для якісного звукового сигналу в радіо, для передачі звукового ряду в телевізійних передачах, трансляції кольору і телевізійного сигналу високої якості. Вона застосовується скрізь, де потрібна робота з матеріалом високої якості.

як підсилювач польовий транзистор спрощено працює так: графічно будь-який сигнал, зокрема, звуковий ряд, можна представити у вигляді ламаної лінії, де її довжина - це час, а висота зламів частота звуку. Для посилення звуку на радіодеталей подають сильна напруга, яке набуває необхідні частоти, але з більш великими значеннями, за рахунок подачі слабкого сигналу на керуючий контакт. Іншими словами, пристрій пропорційно перемальовує початкову лінію, але з більш високими піковими значеннями.

Застосування польових транзисторів

Першим приладом, що надійшли в продаж, де використовувався польовий транзистор з керуючим p-n переходом, був слуховий апарат. Його поява зафіксовано в п'ятдесятих роках минулого століття. У промислових масштабах їх застосовували в телефонних станціях.

У сучасному світі, пристрої застосовують у всій електротехніці. Завдяки маленьким розмірам і різноманітності характеристик польового транзистора, зустріти його можна в кухонній техніці, аудіо та телевізійній техніці, комп'ютерах і електронних дитячих іграшках. Їх застосовуються в системах сигналізації як охоронних механізмів, так і пожежної сигналізації.

На заводах транзисторне обладнання застосовується для регуляторів потужності верстатів. У транспорті від роботи устаткування на поїздах і локомотивів, до системи упорскування палива приватних автомобілів. У ЖКГ від систем диспетчеризації, до систем управління вуличним освітленням.

Одна з найважливіших областей застосування транзисторів - виробництво процесорів. По суті, весь процесор складається з безлічі мініатюрних радіодеталей. Але при переході на частоту роботи вище 1,5 ГГц, вони лавиноподібно починають споживати енергію. Тому виробники процесорів пішли по шляху багатоядерності, а не шляхом збільшення тактових частот.

Плюси і мінуси польових транзисторів

Польові транзистори своїми характеристиками залишили далеко позаду інші види пристрою. Широке застосування вони знайшли в інтегральних схемах в ролі вимикачів.

• каскад деталей витрачає мало енергії;
• посилення вище, ніж у інших видів;
• висока стійкість досягається відсутністю проходження струму в затворі;
• більш висока швидкість включення і виключення - вони можуть працювати на недоступних іншим транзисторів частотах.

• більш низька температура руйнування, ніж у інших видів;
• на частоті 1,5 ГГц, споживана енергія починає різко зростати;
• чутливість до статичної електрики.

Характеристики напівпровідникових матеріалів, взятих за основу польових транзисторів, дозволили застосовувати пристрої в побуті та виробництві. На основі пліва транзисторів створили побутову техніку в звичному для сучасної людини вигляді. Обробка високоякісних сигналів, виробництво процесорів і інших високоточних компонентів неможлива без досягнень сучасної науки.