„Luka” między zrozumieniem tranzystorów a ich zastosowaniem w rzeczywistych obwodach

Jak oni w ogóle działają? Jestem w szkole średniej i mam elektronikę jako przedmiot. Naprawdę jestem zainteresowany tym, aby to zrozumieć i zająć się elektroniką na studiach. Ale teraz wydaje się to odległym snem z moim słabym zrozumieniem „działania tranzystorów” i ich „rzeczywistych zastosowań w obwodach”. Przeczytałem wiele przewodników online i po ich zakończeniu mam wrażenie, że nauczyłem się większości z nich, ale kiedy zaczynam studiować o bramce TTL NOT (IC 7404) i kilku innych (np. 7402, 7400), które są częścią z moich zajęć, które opierają się na pracy tranzystorów, nic nie dostaję! Czasami emiter jest używany jako dane wejściowe, czasem jako dane wyjściowe i wydaje mi się, że niektóre zdania w tekście (dotyczące działania układów scalonych) są sprzeczne z tym, czego nauczyłem się w innych przewodnikach. Czuję się tam

Czy ktoś może wskazać kilka artykułów, które wypełniłyby tę lukę i oświeciły mnie?

Aktualizacja: Chciałbym dowiedzieć się o ich pracy w obwodach aplikacji. O „głębi zrozumienia” wiem, jaką rolę odgrywają elektrony i dziury w działaniu tranzystora.

Kup tę książkę The Art of Electronics autorstwa Horowitz and Hill (wydanie 2).

Kosztuje 20 USD (co jest okazją). Jest w New Delhi i ma ich wiele. Jeśli nie możesz sobie pozwolić na rupię 1050, poproś kilku przyjaciół, aby kupili ją razem, jest to najlepsza książka na ten temat, którą znajdziesz.

• The Art of Electronics (Second Edition)
  (ISBN: 0521689171)
  Paul Horowitz, Winfield Hill
  Bookseller: BookVistas (New Delhi, DEL, India)
  Ocena Bookseller:
  Dostępna ilość:> 20

OSTRZEŻENIE „W Indiach jest wiele reklamowanych. Koszt zazwyczaj jest taki sam lub wyższy niż zalecany i nie są takie same. Zachowaj należytą ostrożność. To powiązany podręcznik dla uczniów autorstwa Horowitz i Hayes. Jeśli możesz sobie pozwolić na zakup jeden z nich TAK DOBRZE , ale najpierw weź odpowiedni podręcznik. Skopiuj tutaj skoroszyt do Rs484, w tym pocztę w Indiach.

Czy chcesz teorii działania tranzystorów na poziomie półprzewodników? A może po prostu praktyczne zastosowanie? Jeśli to ten pierwszy, nie mam tam wiele do polecania ... to strasznie skomplikowane rzeczy i podobno wymaga przynajmniej pewnej wiedzy na temat Mechaniki Kwantowej, aby w pełni zrozumieć. Ale jeśli chodzi o zwykłe używanie tranzystorów, znalazłem książkę Make: Electronics - Learn By Discovery, która ma miłe wprowadzenie.

http://www.makershed.com/product_p/9780596153748.htm

Poza tym po prostu podzielę się tymi punktami z własnego doświadczenia: pomyśl o tranzystorze jako przełączniku, w którym rezystancja między dwoma „nogami” (kolektor i emiter, LUB odpływ i źródło w przypadku MOSFET) może zmieniać w zależności od sygnału przyłożonego do drugiej nogi (podstawa, bramka OR w przypadku MOSFET). Ludzie mówią, że tranzystory „wzmacniają” sygnał, co wprowadza w błąd intuicyjne rozumienie niektórych osób. Wzmacniają sygnał do podstawy / bramki w tym sensie, że podstawa / bramka kontroluje prąd przepływający przez pozostałe dwie nogi, ale gdzieś na pierwszym miejscu musi być dostarczona energia. Oznacza to, że nie wytwarzają magicznie prądu (ani napięcia).

Soooo ... jeśli masz na przykład zasilacz 12VDC z przewodem przechodzącym od zasilacza do kolektora tranzystora, a następnie przewodem z emitera do obciążenia, a następnie do uziemienia ... mniejszy sygnał (np. 5 VDC) steruje prądem do obciążenia. W pewnym sensie można powiedzieć, że ten mniejszy sygnał został wzmocniony.

W innych przypadkach tak naprawdę nie obchodzi Cię żadne poczucie „wzmocnienia”. Chcesz tylko coś włączyć lub wyłączyć, aby zaimplementować logikę binarną. Więc jeśli myślisz o „wyłączeniu” jako binarnym „0” (lub „fałszu”) i „włączeniu” jako binarnym „1” (lub „prawdziwym”), możesz dowiedzieć się, w jaki sposób tranzystory mogą implementować dowolny dowolny element logiki cyfrowej .

Kiedy zaczynasz mówić o układach scalonych, takich jak 7400, 7402, 7404 itp., Pomyśl o nich jak o paczkowanych pakietach tranzystorów, które implementują pewną logikę, której możesz użyć jako modułowego bloku konstrukcyjnego. Możesz na przykład podłączyć bramkę NAND ręcznie za pomocą kilku tranzystorów. Ale korzystanie z bramki NAND serii 7400 jest prostsze, ponieważ została już do tego stworzona. Stopniowo coraz bardziej wyrafinowane układy scalone zawierają coraz więcej tranzystorów do implementacji bardziej złożonych funkcji.

Tranzystory stosowane w obwodach cyfrowych działają jak przełączniki elektroniczne. Za pomocą przełączników możemy tworzyć bramki logiczne.

Spójrz na następujący schemat:

Jeśli nazywamy + V _DD „ON” i uziemienie / 0 „OFF”, to kiedy przełącznik jest zamknięty, wyjście jest wyłączone; a gdy przełącznik jest otwarty, wyjście jest WŁĄCZONE. Jeśli (jak w przypadku tranzystorów, jak zobaczymy za chwilę) nazywamy zamknięty przełącznik WŁĄCZONY, wówczas obwód ten jest falownikiem: gdy wejście jest WŁĄCZONE, wyjście jest WYŁĄCZONE i odwrotnie.

Jeśli dodamy drugie wejście szeregowo, otrzymamy bramę NAND:

Ponieważ wiadomo, że wszystkie obwody logiczne można budować przy użyciu tylko bramek NAND , mamy teraz możliwość zbudowania dowolnego obwodu logicznego.

Oto, jak wyglądałyby równoważne obwody za pomocą tranzystorów:

Fakt, że komputery zasadniczo nie wymagają niczego więcej niż proste przełączniki, wyjaśnia, jak istniały komputery przed tranzystorami - można je budować przy użyciu lamp próżniowych , przekaźników lub nawet zwykłych przełączników fizycznych.

W rzeczywistości możesz nawet zbudować działający komputer z czerwonego kamienia lub krasnoludów ;)

KPL, całkowicie rozumiem twoją frustrację. Wygląda na to, że problemem, na który napotykasz, jest pytanie, co dzieje się w materiale samego tranzystora. Pamiętaj, że pojedynczy tranzystor jest po prostu przełącznikiem, który włącza się i wyłącza w odpowiedzi na obecność napięcia na jego „trzecim” wejściu. Napięcie tam powoduje zamknięcie przełącznika. Brak napięcia powoduje otwarcie przełącznika. Istnieje również tranzystor, który jest normalnie zamknięty i otwiera się tylko wtedy, gdy występuje napięcie - to NIE bramka. Wszystkie pozostałe bramki (AND, OR itp.) Zbudowane są z wielu tranzystorów. Przepraszam, jeśli ta odpowiedź jest zbyt uproszczona, ale nie widząc tego, co studiujesz, zacząłem u dołu. Możesz skorygować swoje pytanie, aby zawęzić obszar, który jest mylący, a my sprawdzimy, czy możemy rozwiązać to bardziej bezpośrednio.

Ważne jest również, aby zrozumieć, że istnieją dwa typy (NPN i PNP), które zachowują się inaczej. Wyjaśnij sobie różnicę między nimi, a to może bardzo pomóc.

Chociaż wyglądają na proste i stanowią podstawowy element niemal wszystkich obwodów elektronicznych, teoria i zastosowanie tranzystorów mogą stać się dość złożone.
Jednak gdy opanujesz kilka podstawowych zasad, możesz zapomnieć o drobniejszych punktach dla większości obwodów.
Radziłbym sięgnąć po „ The Art of Electronics ” (dość stary, ale klasyczny) i powoli przebrnąć przez pierwsze kilka rozdziałów poświęconych teorii tranzystorów, różnym typom tranzystorów i ich zastosowaniom. Jest bardzo dobrze napisany i daje wiele dobrych przykładów.
W sieci jest mnóstwo rzeczy, pamiętaj, że oprócz dobrych rzeczy jest mnóstwo niezbyt dobrych rzeczy. Kiedy zaczynasz, dobrze jest mieć pewność, że możesz zaufać temu, co czytasz.
Z materiału online All About Circuits wygląda całkiem dobrze z małej ilości, którą widziałem.
Poleciłbym ci jednak kilka dobrych książek, płytkę na chleb / listwę, trochę tranzystorów NPN / PNP i zacznij eksperymentować.
SPICE można wykorzystać do symulacji obwodów, LTSpice to dobre bezpłatne narzędzie. Ostrożnie polegając jednak na wielu z nich, spróbuj sam opracować teorię i faktycznie zbuduj obwody.

Zakładam, że nie próbujesz jednocześnie uczyć się cyfrowej logiki i obwodów tranzystorowych. Po nauczeniu się każdego z osobna, najbardziej pomocna jest informacja, że ​​wyjście cyfrowe „0” lub „1” jest osiągane przez dwa tranzystory działające w skoordynowany sposób, na przykład gdy jeden jest „włączony”, a drugi jest „wyłączony”. Pozwala to na „wysterowanie” napięcia wyjściowego 5 V, gdy górny tranzystor jest „włączony”, podczas gdy dolny tranzystor jest „wyłączony”, lub pozwala na „wyciągnięcie” wyjścia do uziemienia przez dolny tranzystor w przeciwnym przypadku. Bardziej złożona część obwodu jest potrzebna, aby upewnić się, że tranzystory wyjściowe są włączane i wyłączane tak szybko, jak to możliwe, bez nakładania się ich czasów „włączenia” lub „wyłączenia”.

Jeśli masz dostęp do niektórych części elektronicznych i podstawowego sprzętu testującego, zaleciłbym zbudowanie obwodu '04 na stronie czwartej tej karty danych http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74ls04.pdf . Oto dalsze wyjaśnienie oparte na obwodzie '04 z powyższej strony.

Pojedynczy tranzystor w środku obwodu zasilający dwa stopnie wyjściowe tranzystora służy do upewnienia się, że dwa tranzystory wyjściowe są zawsze włączane lub wyłączane naprzeciw siebie. Kiedy środkowy tranzystor jest „wyłączony”, dolny tranzystor wyjściowy jest wyłączany „wyłączony”, podczas gdy górny tranzystor jest włączany, co skutkuje logicznym wyjściem „1”. Przeciwnie dzieje się, gdy środkowy tranzystor jest „włączony”, ale trudniej jest zrozumieć, dlaczego. Zasadniczo, gdy środkowy tranzystor jest „włączony”, obie podstawy wyjściowych tranzystorów są połączone razem i znajdują się na poziomie wystarczająco wysokim, aby włączyć dolny tranzystor, ale niewystarczająco wysokim, aby włączyć górny, z powodu dodatkowego napięcia spada dioda wyjściowa i dolny tranzystor. Dane wyjściowe są wówczas logiczne „0”.

Najtrudniejszą częścią obwodu jest tranzystor wejściowy, który opisałeś jako „Czasami nadajnik jest używany jako wejście”. W takim przypadku, jeśli nic nie zostanie podłączone do wejścia (lub jeśli 5V zostanie przyłożone do wejścia), tranzystor wejściowy będzie „wyłączony”, a cały węzeł tranzystora wejściowego będzie na poziomie VCC (5 V), co spowoduje tranzystor środkowy w celu włączenia „on”, górny tranzystor w celu „wyłączenia”, a dolny tranzystor w celu „włączenia”, w wyniku czego wyjście ma ścieżkę o niskiej impedancji do masy lub poziom logiczny „0”.

Jeśli wejście jest podłączone do ziemi, tranzystor wejściowy włączy się, ponieważ prąd płynie przez rezystor 4k podłączony do jego podstawy. To pociąga podstawę środkowego tranzystora do ziemi, powodując, że środkowy tranzystor wyłącza się, górny tranzystor włącza się, a dolny tranzystor wyłącza się, co powoduje, że wyjście ma ścieżkę niskiej impedancji do VCC lub poziom logiczny „1”.