Komplett Guide för Tech nybörjare (11 / 14 steg)

Steg 11: transistorn

Transistorer kan betraktas som en typ av elektronisk växel, kan många elektroniska komponenter. Transistorn är mycket snabbare än mekanisk switch.

Det finns två typer av grundläggande transistor ute: bipolära junction (integrerade) och metall-oxid fält-effekt (MOSFET), och det finns faktiskt två versioner av integrerade: NPN och PNP. De flesta kretsar tenderar att använda NPN. Det finns hundratals transistorer som arbetar på olika spänningar men alla av dem falla i dessa två kategorier. Transistorer tillverkas i olika former men de har tre leder (benen). Den grund - som är ledande ansvarar för aktivering transistorn. Samlaren - som är den positiva ledande. SÄNDARE - som är den negativa ledande.

En transistor är enkelt – och riktigt komplicerat. Låt oss börja med den enkla delen. En transistor är en miniatyr elektronisk komponent som kan göra två olika jobb. Det kan fungera antingen som en förstärkare eller en strömbrytare:

När det fungerar som en förstärkare, det tar i en liten elektrisk nuvarande i ena änden (en inmatad ström) och producerar en mycket större elektrisk ström (en utström) på den andra. Med andra ord, är det en typ av nuvarande ökat. Som kommer in verkligen användbart i saker som hörapparater, en av de första saker som använde transistorer för. En hörapparat har fått en liten mikrofon som plockar upp ljud från världen omkring dig och förvandlar dem till varierande elektriska strömmar. Dessa matas in i en transistor som höjer och driver en liten högtalare, så att du hör en mycket starkare version av ljuden omkring dig.

Transistorer kan också fungera som växlar. En liten elektrisk ström som passerar genom en del av en transistor kan göra en mycket större strömflödet genom en annan del av den. Med andra ord, de små nuvarande växlarna på den större. Detta är i huvudsak hur alla datachips arbete. Till exempel en minneskrets innehåller hundratals miljoner eller till och med miljarder av transistorer, som alla kan kopplas på eller av individuellt. Eftersom varje transistor kan vara i två olika stater, kan den lagra två olika nummer, noll och ett. Med miljarder av transistorer, ett chip kan spara miljarder av nollor och ettor, och nästan lika många vanliga siffror och bokstäver (eller tecken, som vi kallar dem). Mer om detta i ett ögonblick.

Arbetslägen
Till skillnad från motstånd, som förelagts ett linjärt samband mellan spänning och ström, är transistorer icke-linjära enheter. De har fyra olika driftslägen, som beskriver den ström som passerar genom dem. (När vi talar om strömflödet genom en transistor, oftast menar vi passerar från samlare till avvikelser i resultatet av en NPN-transistor. Arbetslägen fyra transistorn är:

Mättnad -transistorn fungerar som en kortslutning. Strömmen flödar fritt från samlare till sändare.

Cut-off -transistorn fungerar som en öppen krets. Ingen ström flyter från samlare till sändare.

Active -strömmen från collector att sändaren är proportionell mot den ström som passerar in i basen.

Reverse-aktiva – som aktivt läge, nuvarande är proportionell mot den nuvarande basen, men den rinner bakåt.

Program: växlar

En av de mest grundläggande program av en transistor använder den för att styra flödet av makten till en annan del av kretsen-använder den som ett elektriskt reglage. Att köra det i läget cutoff eller mättnad, kan transistorn skapa binärfilen/på effekten av en switch. Transistor switchar är kritiska krets-byggstenar; de är vana att göra logiska portar, som går på att skapa microcontrollers, mikroprocessorer och andra integrerade kretsar.

Transistor Switch

Låt oss titta på de mest grundläggande transistor-switch kretsen: en NPN-växel. Här använder vi en NPN för att styra en hög effekt ledde.

Vår kontroll ingång flödar in i basen, produktionen är knuten till samlaren och utsändaren hålls vid en fast spänning.

Medan en normal-omkopplaren skulle kräva ett ställdon till vändas fysiskt, styrs denna omkopplare av spänningen vid basen PIN-koden. En mikrokontroller I/O stift, precis som på en Arduino, kan programmeras att gå högt eller lågt för att aktivera eller inaktivera LED.

När spänningen vid basen är större än 0.6V (eller vad din transistor Vth kan vara), transistorn börjar mättar och ser ut som en kortslutning mellan kollektor och emitter. När spänningen vid basen är mindre än 0.6V är transistorn i cutoff läge – inga aktuella flöden eftersom det ser ut som en öppen krets mellan C och E.

Kretsen ovan kallas låg-sida-växel, eftersom växeln – våra transistorn – är på låg (marken) sidan av kretsen. Alternativt kan vi använda en PNP transistor för att skapa en hög-side switch:

Liknar NPN kretsen, basen är vårt bidrag, och sändaren är knuten till en konstant spänning. Denna gång dock utsändaren binds högt och belastningen är ansluten till transistorn på marken sida.

Denna krets fungerar precis lika bra som växeln NPN-baserat, men det är en enorm skillnad: Aktivera lasten "" basen skall vara låg. Detta kan orsaka komplikationer, särskilt om den belastningen hög spänning (VCC på bilden) är högre än vår kontroll input högspänning. Till exempel inte skulle denna krets fungera om du försöker använda en 5V-drift Arduino för att slå på en 12V motor. I så fall skulle det vara omöjligt att inaktivera växeln eftersom VB skulle alltid vara mindre än VE.

Bas motstånd

Du kommer att märka att var och en av dessa kretsar använder en serie motstånd mellan manöverorganet ingång och basen av transistorn. Glöm inte att lägga till detta motstånd! En transistor utan ett motstånd på basen är som en LED med ingen begränsning av nuvarande motståndet.

Minns att, på ett sätt, en transistor är bara ett par av sammankopplade dioder. Vi framåt-förspänns base-emitterdioden om du vill aktivera belastningen. Dioden bara behöver 0.6V att aktivera, mer spänning än som innebär mer aktuell. Några transistorer kan bara klassas för högst 10-100mA av nuvarande flöda genom dem. Om du anger en aktuell över den högsta betyget, kan transistorn blåsa upp.

Det serien motståndet mellan våra Kontrollkälla och bas gränser nuvarande i basen. Noden base-sändare kan få sin glada spänningsfall på 0.6V, och motståndet kan släppa resterande spänningen. Värdet av motstånd och spänning över den och ställer nuvarande.

Resistorn måste vara tillräckligt stor för att effektivt begränsa nuvarande, men tillräckligt små för att mata nog nuvarande basen. 1mA till 10mA oftast räcker och bas motstånd värde kan vara 1k till 10k, men kolla din transistor datablad se till.

Några vanliga switch används ofta i hobby-projekt

Vänligen kontrollera databladet för detaljer.

MOSFET

Metal-oxide – semiconductor field - effecttransistorn (MOSFET, MOS-FET eller MOS FET) är en annan typ av transistor används för att komplettera eller byta elektroniska signaler.

Den största fördelen med en MOSFET över en vanlig transistor är att den kräver mycket lite ström att slå på (mindre än 1mA), samtidigt som den levererar en mycket högre ström till en belastning (10 50A eller mer).

Metal Oxide Semiconductor Field-effecttransistor eller MOSFET för kort, har en extremt hög input gate motstånd med den ström som passerar genom kanalen mellan källan och avlopp kontrolleras av utfärda utegångsförbud för spänningen. På grund av denna hög inimpedans och vinst, kan MOSFETs lätt skadas av statisk elektricitet om inte noga skyddade eller hanteras.

MOSFETS är idealisk för användning som elektroniska strömställare eller common-source förstärkare som deras energiförbrukning är mycket liten. Typiska applikationer för metal oxide semiconductor field-effecttransistorer är mikroprocessorer, minnen, miniräknare och logik CMOS grindar etc.