Tranzistory: stavebné kamene zosilňovačov a spínačov

Tranzistory sú základnými komponentmi vo svete elektroniky a slúžia ako chrbtica pre nespočetné množstvo zariadení a obvodov. Sú neuveriteľne všestranné, fungujú ako zosilňovače aj prepínače a spôsobili revolúciu v spôsobe, akým navrhujeme a staviame elektronické systémy.

Čo je tranzistor?

Tranzistor je polovodičové zariadenie s tromi svorkami, ktoré môžu riadiť tok prúdu alebo napätia v obvode. Tranzistory sú vyrobené z polovodičových materiálov, zvyčajne kremíka, a môžu fungovať ako zosilňovač alebo spínač.

Základná štruktúra tranzistora

Existujú dva hlavné typy tranzistorov:

1.Bipolárny tranzistor : Pozostáva z troch vrstiev polovodičového materiálu, ktoré tvoria dva p-n prechody.

majú tri terminály: Emitor (E), Báza (B) a kolektor (C).

2.Tranzistor s efektom poľa (FET): Funguje cez elektrické pole na riadenie toku prúdu. FET majú tiež tri terminály: (S), (G) a (D).

Typy tranzistorov: NPN – PNP

NPN tranzistor: Prúd tečie z kolektora do emitora, keď sa na základňu aplikuje malý prúd. NPN tranzistory sú široko používané kvôli ich účinnosti pri zosilňovaní signálov.

PNP tranzistor: Prúd tečie z emitora do kolektora, keď je zo základne odstránený malý prúd. Tranzistory PNP sa používajú v komplementárnych obvodoch spolu s tranzistormi NPN.

Ako fungujú tranzistory?

Tranzistory pracujú s použitím malého vstupného prúdu alebo napätia na riadenie väčšieho výstupného prúdu alebo napätia. Vďaka tejto schopnosti ovládať veľký prúd malým signálom sú tranzistory neuveriteľne užitočné v elektronike.

Tranzistory ako zosilňovače

Keď sa tranzistor používa ako zosilňovač, prijíma malý vstupný signál na báze a vytvára oveľa väčší výstupný signál na kolektore. Faktor zosilnenia, známy ako zisk, je určený konštrukciou tranzistora a vonkajšími komponentmi v obvode.

Príklad: Zosilnenie zvuku

V zosilňovači zvuku sa slabý zvukový signál privádza do základne tranzistora. Tranzistor potom tento signál zosilní, čím sa výstup stane dostatočne hlasným na to, aby poháňal reproduktor.

Tranzistory ako spínače

Tranzistory môžu fungovať aj ako elektronické spínače. Pri tomto použití je tranzistor buď úplne zapnutý (nasýtený) alebo úplne vypnutý, čím riadi tok prúdu v obvode.

Príklad: Ovládanie LED

Ak chcete zapnúť a vypnúť LED pomocou mikrokontroléra, môžete ako spínač použiť tranzistor. Malý prúd z výstupného kolíka mikrokontroléra do základne tranzistora môže ovládať väčší prúd prúdiaci z napájacieho zdroja do LED.

Aplikácie tranzistorov

Tranzistory sa nachádzajú takmer v každom elektronickom zariadení a ich aplikácie sú rozsiahle a rozmanité.

Amplifikácia

Zosilňovače zvuku: Tranzistory zosilňujú slabé zvukové signály v zariadeniach, ako sú rádiá, hudobné prehrávače a systémy verejného ozvučenia.
Zosilnenie signálu: Tranzistory sa používajú v komunikačných zariadeniach na zvýšenie sily signálu pri prenose na veľké vzdialenosti.

Prepínanie

Digitálne logické obvody: Tranzistory sú stavebnými blokmi logických brán, ktoré sa používajú v počítačových procesoroch na vykonávanie výpočtov.
Riadenie výkonu: Tranzistory sa používajú v obvodoch napájania na reguláciu napätia a prúdu, zapínanie a vypínanie zariadení alebo ovládanie motorov.

Oscilátory a generovanie signálu

Tranzistory sa používajú v oscilačných obvodoch na generovanie opakujúcich sa signálov, ako sú hodinové impulzy v počítačoch a časovacie signály v komunikačných zariadeniach.

Regulácia napätia

V obvodoch regulátora napätia pomáhajú tranzistory udržiavať konštantné výstupné napätie napriek zmenám vstupného napätia alebo podmienok zaťaženia.

Experimentovanie s tranzistormi

Projekt : Jednoduchý LED spínač

Komponenty:

NPN tranzistor (napr. 2N2222)
LED
Rezistory (220Ω a 10kΩ)
Napájanie (5V)

Pokyny:

1.Pripojte kolektor tranzistora ku kladnému pólu napájacieho zdroja cez odpor 220Ω a anódu LED.

2.Pripojte katódu LED k zemi.

3.Pripojte emitor tranzistora k zemi.

4.Pripojte odpor 10 kΩ medzi bázu tranzistora a riadiaci signál (napr. výstup z mikrokontroléra).

5.Keď je na základňu privedený vysoký signál, tranzistor sa zapne, čím umožní prúdenie prúdu cez LED, čím sa zapne.

Tranzistory sú výkonné a všestranné komponenty, ktoré formovali svet elektroniky. Či už zosilňujete signál alebo spínate obvod, tranzistory sú kľúčom k vytvoreniu efektívnych a spoľahlivých elektronických zariadení. Pochopením toho, ako fungujú tranzistory a experimentovaním s nimi vo svojich projektoch, získate zručnosti na navrhovanie a vytváranie zložitých obvodov, ktoré môžu vykonávať širokú škálu funkcií.