Транзистори - фізика від а до я для школярів і студентів
Транзистор дуже важливий пристрій, яке є серцем електронних ланцюгів. Він може бути приєднаний до ланцюга окремо або бути в складі інтегральної мікросхеми, створеної на напівпровідниковому кристалі. Транзистори бувають двох видів: з р-п-переходами (біполярні) і польові. Тут будуть розглянуті тільки транзистори з р-n-переходами.
Біполярний транзистор складається з двох р-n-переходів, прикладених один до одного. Ця конструкція «сендвіча» може мати матеріал або р- типу, або п-типу в якості «начинки» середній частині, як показано на малюнку 1.
Такий вид транзистора має три висновки, звані емітером е. Базою b і колектором с; база b є «начинкою» в цьому сендвічі і має товщину всього лише кілька мікрометрів. Стрілка, позначена на введенні емітера, показує напрямок умовного струму (т. Е. Позитивних зарядів, або «дірок»); електрони, звичайно, рухаються в протилежному напрямку. Таким чином, стрілка завжди спрямована в бік матеріалу n-типу. На малюнку 2 показані умовні позначення висновків транзистора.
Для роботи транзистора висновок бази повинен бути з'єднаний так, щоб один з р-n-переходів був прямого зміщення, т. Е. Потенціал до нього підводився таким чином, щоб він проводив. Інший р-n-перехід повинен мати зворотний зсув, т. Е. Не проводити (рис. 3). На з'єднанні емітер - база збіднений шар зменшився, оскільки воно має пряме зміщення, а збіднений шар в поєднанні колектор - база збільшився. Результатом цього є малий струм бази Ib. від бази до емітера і набагато більший колекторний струм Iс між колектором і емітером. За першим законом Кірхгофа має бути ясно, що струм емітера Ie = Ib + Ic
Транзистор як підсилювач струму
Хоча дві окремі батареї, показані на малюнку 3, створюють правильні с'мещенія на кожному р- n-переході, але поділ батарей необов'язково. На малюнку 4 показаний спосіб включення n-р-n-транзистора по схемі із загальним емітером з лампочкою L1 в контурі колектор - емітер і лампочкою L2 з резистором R (зазвичай 1 кОм) в контурі база - емітер.
Висновок бази у всіх транзисторів повинен бути з'єднаний з колектором через струмообмежуючі резистор, що оберігає транзистор від пошкодження і забезпечує потрібний потенціал на базі. Колектор n-р-n-транзистора повинен бути приєднаний до положітель-- ному висновку батареї, а у р-n-р-транзистора повинен з'єднуватися з її негативним висновком.
У випадку вимкнення S замкнутий, то лампочка L1 загоряється, а лампочка L2 немає. Малий струм проходить через L2. але він занадто малий, щоб запалити цю лампочку. Це може бути продемонстровано, якщо викрутити лампочку L2; L1 негайно гасне, оскільки розривається ланцюг бази. Повернення лампочки L2 на місце «включить» малий струм бази Ih (скажімо, 0,5 мА). дозволяє великим току колектора Iс (скажімо, 50 мА) йти через лампочку L1. яка яскраво спалахує. Невеликі зміни в струмі бази керують «великими» змінами струму в контурі колектора, і тому транзистор діє як підсилювач струму. Посилення струму hFE дорівнює відношенню Iс / Iь; в наведеному вище прикладі hFE становить 100.
Транзистор може застосовуватися як включає пристосування. Будь-який пристрій, яке може «включити» малий струм в контурі бази транзистора, викличе великий струм в контурі колектора. Цей струм може змушувати працювати лампочку, гучномовець або реле. Реле може в свою чергу призвести в дію дзвінок або двигун та ін. Перетворювачі (пристосування для перетворення енергії з однієї форми в іншу), такі, як фотоелементи, термістори і мікрофони, можуть бути використані для генерування малих електричних струмів при впливі світла, тепла й звуку відповідно. Два способи включення транзистора: за допомогою елемента, як на малюнку 3, або окремого резистора, як на малюнку 4, - на практиці замінюються застосуванням дільника напруги, показаного на малюнку 5, а. В цьому випадку вибираються два резистора таким чином, що до бази додається відповідне напруга зсуву. Підбором відповідних значень для R1 і R2 може бути підібраний і потенціал X для включення транзистора. Простий числовий приклад, іллюстрірующіГгпрінціп роботи подільника напруги, показаний на малюнку 5, б.
На малюнку 6 показані прості ланцюги автоматичних вимикачів, що працюють під впливом світла і теплоти. На малюнку 6, а в дільнику напруги резистор R2 замінений фоторезистором, наприклад ORP 12, опір якого змінюється в залежності від інтенсивності падаючого на нього світла. Його опір змінюється від 10 мОм в повній темряві приблизно до 150 Ом на яскравому світлі. Якщо ORP 12 прикритий або знаходиться в темряві, то потенціал на базовому виведення транзистора досить великий і забезпечується його провідність, тому лампочка загоряється. Коли на ORP 12 падає світло, то на базі транзистора потенціал зменшується і лампочка вимикається. Така ланцюг може бути використана для автоматичного включення паркувальних вогнів на стоянці автомобіля при настанні сутінків. Якщо поміняти місцями R1 і ORP 12, то цей ланцюг може працювати як система, що сповіщає про пограбування, яка включається від світла ліхтарика, використовуваного грабіжником, або ж при включенні освітлення в кімнаті. В обох варіантах цьому ланцюзі фіксований резистор R1 може бути замінений змінним опором (10 кОм або більше), щоб чутливість ланцюга могла бути регульованою відповідно змінюються.
У ланцюзі з вимикачем під впливом теплоти (рис. 6) R1 замінюється термістором і включається змінний опір R2 - Цей ланцюг може бути використана як проста протипожежна система. Коли термистор нагрівається, його опір падає, включаючи таким чином транзистор. Це призводить в дію реле, яке замикає контакти, і дзвенить дзвінок.
До котушці реле повинен бути приєднаний діод D. як показано, з тим щоб уберегти транзистор від імпульсу самоіндукції, коли він вимикається. Застосовується такий тип термистора, опір якого зменшується з підвищенням температури (див. Графік на малюнку 6, б). Типовими значеннями зміни опору термісторів при перепаді температур від 25 ° С до 125 ° С є переходи від 4 кОм до 200 Ом, від 1 кОм до 36 Ом або навіть від 380 Ом до 30 Ом в залежності від застосовуваного твань. Нелі поміняти місцями в ланцюзі термистор і змінне опір, то дзвінок задзвенить, коли температура впаде нижче заздалегідь заданого значення. Протипожежна система може бути перетворена в пристосування, яке попереджає про холод, який може наступити в парнику, повідомляючи садівника про заморозки.
Датчик, що попереджає про випаданні дощу (або збільшенні вологості), може бути виготовлений з двох оголених мідних проводів. Два дроти (або смужки металу) поділяються невеликим проміжком, але якщо дощ (або волога) перекриває цей проміжок, то контакт замикається і виникає провідність. При замиканні контактів датчика дощу R 1 (рис. 5), коли випадає дощ, запалюється лампочка, а коли сухо, вона не горить.
Схема тимчасової затримки
Якщо в схемі, показаної на малюнку 5, а, резистор R2 замінити конденсатором, то вийде найпростіша схема тимчасової затримки, т. Е. Таймер. На малюнку 7 показана проста залежна від часу схема «ВКЛ-ВИКЛ». Коли перемикач стоїть в положенні «ВИКЛ», повністю заряджений конденсатор буде розряджатися з плином часу так, як показано на графіку а. Якщо ж перемикач знаходиться в положенні «ВКЛ», напруга (потенціал) на конденсаторі буде зростати відповідно до графіка б. Коли потенціал бази досягне необхідного рівня, транзистор включається і лампа в ланцюзі колектора загоряється.
Практичними застосуваннями подібних схем є таймери для варіння яєць і фотовидержкі. Таймер може бути використаний для включення світла через певний час після того, як ви покинули кімнату. Ланцюг тимчасової затримки, поєднана з реле, може закрити двері або вимкнути лампочку через заздалегідь встановлений час.
Час, за який напруга на конденсаторі піднімається до 63% від його максимуму, називається постійної часу (див. Рис. 7, б). Постійна часу t (в секундах) для резистора і конденсатора, з'єднаних послідовно, визначається за формулою t = CR, де С - це ємність, виражена в Фарада, a R - опір в Омасі.
Фізика 7 клас
Фізика 8 клас
Фізика 9 клас
Підручник з фізики Перишкін А.В. для 9 класу завершує курс фізики основної школи та відповідає вимогам мінімуму змісту основного освіти.
ГДЗ 7-9 клас
Готові домашні завдання з фізики до підручників Перишкін: ГДЗ для 8 класу скачати. решебник з фізики 9 класу скачати.