Приветствую дорогих подписчиков и читателей. В предыдущей статье по разборке извещателя протечки воды, я обмолвился о том, что я не особо силён во вселенной радиоэлектроники. Конечно, периодически, возникает желание восполнить этот пробел, но, так как, в обыденной жизни и на работе, я практически не сталкиваюсь с микросхемами, то даже то, что, во время ажиотажа, почерпывается из просторов интернета и просматривается на полях ютуба, постепенно выветривается из головы. И если, например, принципы работы резистора или конденсатора понять и запомнить особых проблем нет, то вот с транзисторами проблемы встречаются и, в первую очередь, из-за количества их видов и принципов работы.
В данной статье я постараюсь избавится от этой проблемы, максимально упростив и визуализовав принципы работы транзисторов, ведь, основная проблема в понимании материала новичками состоит в том, что все пояснительные статьи и видео просто завалены терминологиями по типу: p-n переход, n-проводимость, полупроводник и т.п. и т.д. Т.е. для полного понимания принципов работы, необходимо сначала изучить что такое электричество в принципе, потом немножко химии, чуток теории электромагнитного поля, ну и так, по мелочёвке. Естественно, если вы хотите стать инженером разработчиком радиоэлектронных приборов или, хотя бы мастером по ремонту электрооборудования, то вам просто обязательно это знать. Но, что делать тому представителю поколения ЕГЭ, которому просто интересно что это такое и как это работает. Не сомневаюсь, что 90% желающих окунуться в мир электроники, просили эту затею на этапе изучения транзисторов и пошли работать в макдональдс :)
Что такое транзистор?
Транзи́стор (англ. transistor), полупроводнико́вый трио́д — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. Транзисторами также называются дискретные электронные приборы, которые, выполняя функцию одиночного транзистора, имеют в своём составе несколько элементов, конструктивно являясь интегральной схемой, например, составной транзистор или многие транзисторы большой мощности.
Если данное определение из Википедии вам понятно, то можете смело закрывать данную статью, так как ничего нового вы здесь не узнаете. Для тех, кто ничего не понял, объясняю на пальцах. Транзистор - радиоэлемент, который, посредством подачи на один из контактов небольшого напряжения, позволяет управлять намного большими токами, которые проходят через транзистор через два других контакта. В сети популярно сравнение электричества с водой, а принципы управления электричеством с сантехническими приспособлениями. Хотя, этот метод и максимально понятен для человека далёкого от инженерных систем, но, не может полноценно раскрыть все принципы... Принцип работы самого обсуждаемого в сети биполярного транзистора c N-P-N переходом.
Этот же принцип, по большому счёту, можно отнести и ко всем другим транзисторам, просто на картинке именно обозначение именно NPN транзистора и принцип прохождения управляющего тока именно NPN транзистора. То есть резервуар с водой ( + элемента питания) пытается просочиться через Коллектор по Эмиттеру в резервуар без воды ( - элемента питания). В случае, когда База ни куда не подключена, коллектор перекрыт задвижкой (высочайшее сопротивление), когда же базу определённым образом, в зависимости от типа транзистора, подключают к элементу питания, то, даже небольшой ток, протекающий через базу способен приоткрыть эту задвижку и пропустить электроны через себя. Сразу немного обескуражу, но, когда вы более внимательно изучите, что такое постоянный ток, то удивитесь, что на отрицательной части схемы, в отличии от примера с водой, наоборот, большое скопление электронов, а на положительной части их недостаток. Т.е., по факту, движение электронов в проводнике происходит от - элемента питания к + . Это так, что бы в будущем не путались.
Специальное, обращение к повелителям паяльников и магам электро индукции. Сильно тапками не кидайтесь, так как я пытаюсь рассказать суть вопроса совершенно далёким от этой темы людям, попутно познавая эту тему сам. Так, что, если есть какие-то неточности, или дополнения, то милости просим в комментарии, только без мата и пускания слюнок по своему мегаразвитому уму, подобясь комментаторам данной статьи про транзисторы. Комментарий, либо должен нести пользу, либо подпитывать ЧСВ автора поста :) За этим будет следиться строго.
Есть ещё один момент, который необходимо определить сразу. Это "входной сигнал" подающийся на базу транзистора. В случае биполярных транзисторов вы зачастую увидите обучающие схемы с отдельным источником питания, который управляет базой. По типу таких
Но, такие схемы подключения более сложные для понимания и используются в схемах, где необходимо усиление входного сигнала, например, усилители звука. Гораздо проще представить работу транзистора в виде ключа, где посредством управления базой, включаются и выключаются мощные потребители. Например, в качестве замены реле для устройства на основе ардуино. Да, лучше, конечно, для этих целей использовать полевые транзисторы, но, всё же.
Внимание! Управляемую нагрузку (в данном случае, на картинке, светодиод), желательно подключать в цепь источник питания -> коллектор для более стабильной работы транзистора! Сделал на схеме ошибку, но, исправлять уже лень, но, исправил на схеме ниже :) Будет работать и так, как на схеме, но, подсчёт наминала резистора базы будет несколько сложнее, чем описан ниже.
По принципу подключения и управления, надеюсь разобрались. Для примера возьмем транзистор c945. По нему есть хорошая статья, которая описывает его характеристики. И, для примера, возьмем видео с этой статьи:
Давайте подробнее разберём данное видео. Для начла, какие компоненты входят в эту сборку:
- резистор 10 кОм
- фоторезистор
- n-p-n транзистор c945
- разъём для батарейки 9 В "крона" и сама батарейка
- пьезозуммер
- лазер (источник света), аккумулятор (питание лазера), кнопка включения лазера (данные компоненты мы рассматривать далее не будем)
По видео, или открыв любой даташит на транзистор, мы узрим, что у него расположение ножек идёт в такой последовательности:
- эмиттер
- коллектор
- база
Автор видео припаивает фоторезистор на ножки эмиттер+база, далее, к базе припаивает токоограничивающий резистор, к резистору припаивает + питания, - питания припаивает на эмиттер и, наконец, зуммер соединяет между коллектором и базой. Для полного понимания, давайте нарисуем схему...
Пример с ардуинкой я немного переделал, что бы было более понятно в сравнении. Что же мы можем увидеть на данном видео. При отсутствии освещения, фоторезистор играет роль обычного резистора с большим сопротивлением, ток база-эмиттер достаточен для открытия транзистора и ток начинает течь через коллектор, заставляя зуммер верещать. Когда, же свет на фоторезисторе увеличивается, он понижает своё сопротивление, что, в свою очередь, уменьшает ток, идущий через базу, что в свою очередь, пропорционально уменьшает ток, проходящий через коллектор. В случае с лазером, сопротивление резистора минимально, что замыкает базу на эмиттер и полностью отключает транзистор из цепи питания.
Для тех, кто более менее разобрался с принципом работы биполярного транзистора, произведём немного вычислений...
Для начала, основные характеристики, которые пригодятся для подбора транзистора:
- максимальное допустимое напряжение между коллектором и эмиттером (Collector-Emitter Voltage) U КЭ макс. (VCE max) не более 50 В (V); - напряжение источника питания, которое подключается к коллектору и эмиттеру,в нашем случае, это крона 9 вольт.
- максимально допустимый коллекторный ток (Maximum Collector Current) IK макс (Ic max) 0,15 А или 150 мА (mA); - токовые характеристики управляемого компонента. В нашем случае, это зуммер, у которого ток потребления около 3 мА. Например этот.
- максимальное допустимое напряжение между эмиттером и базой (Emitter-Base Voltage) UЭБ макс (VЕВ max) не более 5 В (V); - максимально напряжение управления базой
Остальные параметры, конечно, тоже важны, но скорее уже для расчетов подключения, а не для подбора самого транзистора.
Для начала, рассчитаем ток базы. Давайте примем, что зуммер потребляет 3 мА. Коэффициент усиления транзистора по току согласно даташиту от 70 до 700, возьмем минимальное значение 70. Делим ток коллектора 0,003 А на коэф. усиления 70 = 0,003/70 =0,00004 получаем ток на базе около 0,00004 А, при котором откроется коллектор. Для надёжного открытия, желательно, увеличить полученное значение в 2 раза = 0,00008 А.
Найдём необходимый токоограничивающий резистор на базу, точнее, сравним подсчёт с приведенным в видео. Берём входное напряжение 9 В, отнимаем падение напряжения на транзисторе 0,3 В и делим на ток в базе 0,00008 А = (9-0,3)/0,00008= 112500 Ом = 108,75 кОм. Можно взять ниже по номиналу, т.е. 100 кОм
Если же взять просто максимальный ток коллектора (-30% для надёжности) = 0,105 А и, по той же схеме рассчитать токоограничивающий резистор, то, в итоге, получим 2900 Ом. = 2,9кОм. Тут уже, желательно брать выше по номиналу, т.е. 3 кОм.
Как-то так. В данной статье попытался сам разобраться и объяснить простыми словами тем, кто ищет информацию о принципе работы биполярных транзисторов. На сим Я откланиваюсь. В будущем буду осиливать полевые транзисторы, так, что не упустите :), а, что бы не пропустить важную информацию, подписывайтесь на блог.
Комплексный монтаж и обслуживание инженерных систем в Самаре и области. Квартиры, частные дома, торговые, офисные и складские помещения. Гибкая система скидок, предварительная смета, оплата по факту, безналичный расчет. Ищите надёжность и уверенность? Тогда вы по адресу!
тел: 8 (977) 073-37-73 Артём (Вайбер, Ватсапп, Инста)
Консультация онлайн бесплатно! ;)
Более подробнее о нас можете узнать в нашей группе ВК:
=> КЛИКАЙ СЮДА <=
