«Разрыв» между пониманием транзисторов и их применением в реальных цепях

Как они вообще работают? Я учусь в старших классах и изучаю электронику. Я действительно заинтересован в том, чтобы понять это и заняться электроникой в ​​колледже. Но теперь это похоже на далекий сон с моим слабым пониманием того, «как работают транзисторы» и их «фактического применения в цепях». Я прочитал множество руководств в Интернете и, закончив их, я чувствую, что узнал большую их часть, но когда я начинаю изучать вентиль TTL NOT (IC 7404) и несколько других (например, 7402, 7400), которые являются частью моей курсовой работы, которая основана на работе транзисторов, я ничего не понимаю! Иногда излучатель используется в качестве входных данных, иногда он используется в качестве выходных данных, и я чувствую, что некоторые предложения в тексте (о работе микросхем) противоречат тому, что я узнал в других руководствах. Я чувствую там

Кто-нибудь, пожалуйста, укажите несколько статей, которые бы восполнили этот пробел и просветили меня?

Обновление: я хотел бы узнать об их работе в прикладных схемах. О «глубине понимания» я знаю, какую роль играют электроны и дырки в работе транзистора.

Купите эту книгу «Искусство электроники» Горовица и Хилла (2-е издание).

Это стоило 20 долларов США (что выгодно). Это в Нью-Дели, и у них их много. Если вы не можете позволить себе 1050 рупий, попросите нескольких друзей купить их вместе, это лучшая книга на эту тему, которую вы найдете.

• Искусство электроники (второе издание)
  (ISBN: 0521689171)
  Пол Хоровиц, Уинфилд Хилл
  Книжный продавец: BookVistas (Нью-Дели, Дел, Индия)
  Рейтинг продавца :
  Количество в наличии:> 20

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ " Многие из них также рекламируются в Индии. Они стоят, как правило, столько же или больше, что я рекомендовал, и не одинаковы. Будьте внимательны. Это соответствующее пособие для студентов от Horowitz and Hayes. Если вы можете позволить себе купить один из них, как ХОРОШО, делает это, но сначала достаньте соответствующий учебник. Копия рабочей книги здесь для 484 рупий, включая почтовые расходы в Индии.

Вам нужна теория о том, как работают транзисторы на полупроводниковом уровне? Или просто практическое применение? Если это первое, мне нечего там рекомендовать ... это ужасно сложные вещи, и якобы требуется, по крайней мере, некоторое знание квантовой механики, чтобы полностью понять. Но с точки зрения простого использования транзисторов я обнаружил, что книга Make: Electronics - Learn By Discovery - хорошее введение.

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

Кроме того, я просто поделюсь этими моментами из своего собственного опыта: представьте, что транзистор является переключателем, в котором сопротивление между двумя «ножками» (коллектор и эмиттер, ИЛИ сток и источник в случае полевого МОП-транзистора) может варьироваться в зависимости от сигнала, подаваемого на другой участок (основание или вентиль ИЛИ в случае MOSFET). Люди говорят, что транзисторы «усиливают» сигнал, и это вводит в заблуждение интуитивное понимание некоторых людей. Они усиливают сигнал к основанию / затвору в том смысле, что основание / затвор контролируют ток, протекающий через две другие ветви, но в первую очередь необходимо обеспечить подачу энергии. То есть они магически не производят ток (или напряжение).

Оооочень ... если у вас есть, например, источник питания 12 В постоянного тока, с выводом, идущим от источника питания, к коллектору транзистора, а затем выводом от эмиттера к нагрузке, а затем к заземлению ... меньший сигнал (скажем, 5 В пост. тока) контролирует ток в нагрузке. Таким образом, в некотором смысле вы можете сказать, что этот меньший сигнал был усилен.

В других случаях вас не волнует чувство «усиления». Вы просто хотите, чтобы что-то включалось или выключалось, чтобы вы могли реализовать двоичную логику. Поэтому, если вы думаете о «выключении» как двоичном «0» (или «ложь»), а «включении» как двоичном «1» (или «истине»), вы можете понять, как транзисторы могут реализовать любой произвольный бит цифровой логики ,

Когда вы начнете говорить о таких интегральных схемах, как 7400, 7402, 7404 и т. Д., Представьте, что они представляют собой просто предварительно упакованные пучки транзисторов, которые реализуют определенную логику, которую вы можете использовать в качестве модульного строительного блока. Например, вы можете подключить вентиль NAND вручную с помощью пары транзисторов. Но использование шлюза NAND серии 7400 проще, потому что он уже создан для этой цели. Постепенно более сложные микросхемы содержат все больше и больше транзисторов для реализации более сложных функций.

Транзисторы при использовании в цифровых цепях работают как электронные переключатели. А с помощью переключателей мы можем создавать логические элементы.

Посмотрите на следующую диаграмму:

Если мы называем + V _DD «ВКЛ» и заземление / 0 «ВЫКЛ», то, когда переключатель замкнут, выход выключен; и когда переключатель разомкнут, выход включен. Если (как и в случае с транзисторами, как мы увидим через минуту) мы называем замкнутый переключатель включенным, то эта схема является инвертором: когда вход включен, выход выключен, и наоборот.

Если мы добавим второй вход последовательно, у нас теперь будет вентиль NAND:

Поскольку хорошо известно, что все логические схемы могут быть построены с использованием только вентилей NAND , теперь у нас есть возможность построить любую логическую схему.

Вот как должны выглядеть эквивалентные схемы с использованием транзисторов:

Тот факт, что компьютерам по существу не требуется ничего, кроме простых переключателей, объясняет, как компьютеры существовали до транзисторов - они могут быть построены с использованием вакуумных ламп , реле или даже обычных физических переключателей.

На самом деле, вы можете даже построить рабочий компьютер из красного камня или гномов ;)

KPL, я полностью понимаю ваше разочарование. Похоже, проблема, с которой вы сталкиваетесь, заключается в том, что происходит внутри материала самого транзистора. Помните, что один транзистор - это просто выключатель, который включается и выключается в ответ на наличие напряжения на своем «третьем» входе. Напряжение там заставляет выключатель замыкаться. Отсутствие напряжения вызывает размыкание переключателя. Существует также транзистор, который обычно закрыт и открывается только при наличии напряжения - это НЕ вентиль. Все остальные вентили (И, ИЛИ и т. Д.) Состоят из нескольких транзисторов. Я прошу прощения, если этот ответ слишком упрощен, но, не видя того, что вы изучаете, я начал в самом низу. Вы можете пересмотреть свой вопрос, чтобы сузить область, которая запутывает, и мы посмотрим, сможем ли мы ответить на этот вопрос более прямо.

Также важно понимать, что есть два типа (NPN и PNP), которые ведут себя по-разному. Выясните для себя разницу между ними, и это может сильно помочь.

Хотя они выглядят простыми и являются основным строительным блоком практически для всех электронных схем, теория и использование транзисторов могут быть довольно сложными.
Однако, как только вы овладеете несколькими основными правилами, вы можете забыть о более тонких точках для большинства трасс.
Я бы посоветовал взять « Искусство электроники » (довольно старое, но классическое) и медленно проработать первые несколько глав, посвященных теории транзисторов, различным типам транзисторов и их применениям. Это очень хорошо написано и дает много много хороших примеров.
В Интернете есть масса вещей, помните, что наряду с хорошими вещами есть много не очень хороших вещей. Когда вы начинаете, хорошо иметь уверенность в том, что вы можете доверять тому, что читаете.
Из материала онлайн All About Circuits выглядит неплохо из небольшого количества, которое я видел.
Я бы порекомендовал вам приобрести несколько хороших книг, макет / картон, несколько NPN / PNP-транзисторов и начать экспериментировать.
SPICE можно использовать для симуляции схем, LTSpice - хороший бесплатный инструмент. Осторожно полагаясь на это, попробуйте самостоятельно разработать теорию и построить схемы.

Я предполагаю, что вы не пытаетесь изучать концепции цифровой логики и транзисторные схемы одновременно. Как только вы изучите каждый из них по отдельности, очень полезно знать, что цифровой выход «0» или «1» достигается двумя транзисторами, действующими согласованно, например, когда один «включен», а другой «выключен». Это позволяет «управлять» выходом от источника 5 В, когда верхний транзистор включен, а нижний транзистор «выключен», или позволяет «подтянуть» выход на землю нижним транзистором в противоположном случае. Более сложная часть схемы необходима для того, чтобы обеспечить максимально быстрое включение и выключение выходных транзисторов, не перекрывая их время «включения» или «выключения».

Если у вас есть доступ к некоторым электронным деталям и базовому испытательному оборудованию, я бы порекомендовал построить схему '04 на четвертой странице этого листа данных http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74ls04.pdf . Вот дальнейшее объяснение, основанное на схеме '04 со страницы выше.

Один транзистор в середине цепи, питающей выходной каскад двух транзисторов, используется для того, чтобы два выходных транзистора всегда были включены или выключены напротив друг друга. Когда средний транзистор выключен, нижний выходной транзистор выключен, а верхний включен, что приводит к логическому выходу «1». Противоположность происходит, когда средний транзистор включен, но немного сложнее понять, почему. По сути, когда средний транзистор включен, обе базы выходных транзисторов соединены вместе и находятся на достаточно высоком уровне, чтобы включить нижний транзистор, но не достаточно высоком, чтобы включить верхний из-за дополнительного напряжения. падает в выходной диод и нижний транзистор. Выходной сигнал затем имеет логическую «0».

Самой сложной частью схемы является входной транзистор, который вы описали как «Иногда эмиттер используется в качестве входа». В этом случае, если к входу ничего не подключено (или если на вход подается 5 В), входной транзистор будет «выключен», а весь узел входного транзистора будет на уровне VCC (5 В), в результате чего средний транзистор включить «включено», верхний транзистор - «выключить», а нижний транзистор - «включить», в результате выход будет иметь низкоимпедансный путь к земле или логический уровень «0».

Если вход подключен к земле, входной транзистор включится, потому что ток через резистор 4 кОм подключен к его базе. Это тянет базу среднего транзистора к земле, в результате чего средний транзистор выключается, верхний транзистор включается, а нижний транзистор выключается, что приводит к тому, что выход имеет низкоимпедансный путь к VCC. или логический уровень «1».