Transistor

Pendahuluan

Transistor membuat kita dunia elektronik pergi 'bulat. Mereka penting sebagai sumber kontrol di hampir setiap sirkuit modern. Kadang-kadang Anda melihat mereka, tetapi lebih sering dari yang tidak-mereka tersembunyi jauh di dalam mati dari sebuah sirkuit terpadu . Dalam tutorial ini kita akan memperkenalkan Anda kepada dasar-dasar transistor yang paling umum di sekitar: bi-polar junction transistor (BJT).

Dalam kecil, jumlah diskrit, transistor dapat digunakan untuk membuat switch sederhana elektronik, logika digital , dan sirkuit sinyal memperkuat. Dalam jumlah ribuan, jutaan, bahkan miliaran, transistor saling berhubungan dan tertanam ke dalam chip kecil untuk menciptakan kenangan komputer, mikroprosesor, dan IC kompleks lainnya.

Covered Dalam Tutorial ini

Setelah membaca tutorial ini, kami ingin Anda untuk memiliki pemahaman yang luas tentang bagaimana transistor bekerja. Kami tidak akan menggali terlalu dalam ke dalam fisika semikonduktor atau model yang sama, namun kami akan mendapatkan cukup jauh ke dalam topik yang Anda akan mengerti bagaimana transistor dapat digunakan baik sebagai switch atau amplifier.

Tutorial ini dibagi menjadi serangkaian bagian, meliputi:

• Simbol, Pins, dan Konstruksi - Menjelaskan perbedaan antara transistor tiga pin.
• Memperluas Analogi Air - Kembali ke analogi air untuk menjelaskan bagaimana transistor bertindak seperti katup.
• Operasi Mode - Sebuah gambaran dari empat mode operasi kemungkinan transistor.
• Aplikasi I: Switches - sirkuit Aplikasi menunjukkan bagaimana transistor digunakan sebagai saklar elektronik dikontrol.
• Aplikasi II: Amplifier - Lebih aplikasi sirkuit, kali ini menunjukkan bagaimana transistor digunakan untuk memperkuat tegangan atau arus.

Ada dua jenis transistor dasar di luar sana: junction bi-polar (BJT) dan logam-oksida efek medan (MOSFET). Dalam tutorial ini kita akan fokus pada BJT, karena itu sedikit lebih mudah untuk memahami. Menggali lebih dalam ke jenis transistor, sebenarnya ada dua versi dari BJT: NPNdan PNP. Kami akan mengubah fokus kita lebih tajam dengan membatasi diskusi awal kami ke NPN. Dengan mempersempit fokus kami turun - mendapatkan pemahaman yang kuat tentang NPN - itu akan lebih mudah untuk memahami PNP (atau MOSFET, bahkan) dengan membandingkan bagaimana hal itu berbeda dari NPN.

Simbol, Pins, dan Konstruksi

Transistor adalah alat fundamental tiga terminal. Pada bi-polar junction transistor (BJT), pin tersebut diberi label kolektor (C), basis (B), dan emitor (E). Simbol rangkaian untuk kedua NPN dan PNP BJT di bawah ini:

Satu-satunya perbedaan antara NPN dan PNP adalah arah panah pada emitor. Panah pada NPN menunjukkan, dan di PNP itu menunjuk pada A mnemonic yang berguna untuk mengingat yang mana merupakan.:

NPN: N ot P ointing i N

Backwards logika, tetapi bekerja!

Transistor Konstruksi

Transistor mengandalkan semikonduktor untuk bekerja sihir mereka. Sebuah semikonduktor adalah bahan yang tidak cukup konduktor murni (seperti kawat tembaga), tetapi juga tidak isolator (seperti udara). Konduktivitas semikonduktor - betapa mudah memungkinkan elektron mengalir - tergantung pada variabel seperti suhu atau kehadiran kurang lebih elektron. Mari kita lihat secara singkat di bawah kap transistor. Jangan khawatir, kami tidak akan menggali terlalu dalam ke dalam fisika kuantum.

Sebuah Transistor sebagai Dua Dioda

Transistor jenis seperti perpanjangan komponen semikonduktor lain: dioda . Dengan cara transistor hanya dua dioda dengan katoda mereka (atau anoda) diikat bersama-sama:

Dioda menghubungkan basis ke emitor adalah penting satu di sini; cocok dengan arah panah pada simbol skematik, dan menunjukkan cara yang saat ini dimaksudkan untuk mengalirmelalui transistor.

Representasi dioda adalah tempat yang baik untuk memulai, tapi itu jauh dari akurat. Jangan mendasarkan pemahaman Anda tentang operasi transistor pada model yang (dan pasti tidak mencoba untuk meniru pada papan tempat memotong roti, itu tidak akan berhasil). Ada seluruh banyak aneh hal tingkat fisika kuantum mengontrol interaksi antara tiga terminal.

(Model ini berguna jika Anda perlu untuk menguji transistor. Menggunakan diode (atau resistance) uji fungsi pada multimeter , Anda dapat mengukur seluruh BE dan BC terminal untuk memeriksa keberadaan dari mereka "dioda".)

Struktur transistor dan Operasi

Transistor dibangun dengan menumpuk tiga lapisan yang berbeda dari bahan semikonduktor bersama-sama. Beberapa dari mereka lapisan memiliki elektron ekstra ditambahkan ke mereka (suatu proses yang disebut "doping"), dan lain-lain telah elektron dihapus (didoping dengan "lubang" - tidak adanya elektron). Sebuah bahan semikonduktor dengan elektron tambahandisebut tipe-n (n untuk negatif karena elektron memiliki muatan negatif) dan bahan dengan elektron dihapus disebut tipe-p (untuk positif). Transistor diciptakan oleh salah susun sebuah ndi atas p di atas sebuah n, atau p lebih n lebih p.

Diagram sederhana dari struktur sebuah NPN. Perhatikan asal setiap akronim?

Dengan beberapa tangan melambai, kita dapat mengatakan elektron dapat dengan mudah mengalir dari n daerah untuk p daerah, selama mereka memiliki kekuatan kecil (tegangan) untuk mendorong mereka. Tapi mengalir dari p daerah ke daerah n benar-benar sulit (membutuhkan banyak tegangan). Tapi hal khusus tentang transistor - bagian yang membuat model dua diode kami usang - adalah kenyataan bahwa elektron dapat dengan mudah mengalir dari tipe-p dasar ke n-jenis kolektor selama pertemuan basis-emitor bias maju(berarti dasar adalah pada tegangan yang lebih tinggi dari emitor).

NPN transistor dirancang untuk lulus elektron dari emitor ke kolektor (arus mengalir begitu konvensional dari kolektor ke emitor). Emitor "memancarkan" elektron ke dasar, yang mengontrol jumlah elektron emitor memancarkan. Sebagian besar elektron yang dipancarkan adalah "dikumpulkan" oleh kolektor, yang mengirimkan mereka bersama ke bagian selanjutnya dari rangkaian.

Sebuah PNP bekerja dengan cara yang sama tetapi berlawanan. Basis masih mengontrol aliran arus, tapi itu arus mengalir dalam arah yang berlawanan - dari emitor ke kolektor. Alih-alih elektron, emitor memancarkan "lubang" (absen konseptual elektron) yang dikumpulkan oleh kolektor.

---

Transistor adalah jenis seperti katup elektron. Basis pin seperti pegangan Anda mungkin menyesuaikan untuk memungkinkan lebih atau kurang elektron mengalir dari emitor ke kolektor.Mari kita menyelidiki analogi ini lebih lanjut ...

Memperluas Analogi Air

Jika Anda telah membaca banyak konsep listrik tutorial akhir-akhir ini, Anda mungkin digunakan untuk air analogi . Kami mengatakan bahwa saat ini analog dengan laju aliran air, tegangan adalah tekanan mendorong air yang melalui pipa, dan resistensi adalah lebar pipa.

Tidak mengherankan, analogi air dapat diperpanjang untuk transistor juga: transistor sepertikatup air - mekanisme bisa kita gunakan untuk mengontrol laju aliran.

Ada tiga negara kita dapat menggunakan katup dalam, masing-masing memiliki efek yang berbeda pada laju aliran dalam suatu sistem.

1) Pada - Short Circuit

Katup dapat sepenuhnya dibuka, memungkinkan air mengalir bebas - melewati seolah-olah klep bahkan tidak hadir.

Demikian juga, dalam situasi yang tepat, transistor dapat terlihat seperti sebuah sirkuit pendekantara kolektor dan emitor pin. Saat ini bebas untuk mengalir melalui kolektor, dan keluar emitor.

2) Off - Open Circuit

Ketika itu tertutup, katup benar-benar dapat menghentikan aliran air.

Dengan cara yang sama, transistor dapat digunakan untuk membuat sirkuit terbuka antara kolektor dan emitor pin.

3) Linear Flow Control

Dengan beberapa tuning yang tepat, katup dapat disesuaikan dengan halus mengontrol laju aliran ke beberapa titik antara sepenuhnya terbuka dan tertutup.

Sebuah transistor dapat melakukan hal yang sama - linear mengendalikan arus melalui sirkuit di beberapa titik antara sepenuhnya off (rangkaian terbuka) dan sepenuhnya pada (hubungan pendek).

Dari analogi air kita, lebar pipa mirip dengan perlawanan di sirkuit. Jika katup halus dapat menyesuaikan lebar pipa, maka transistor halus dapat menyesuaikan perlawanan antara kolektor dan emitor. Jadi, dengan cara, transistor seperti variabel, disesuaikan resistor.

Memperkuat daya

Ada analogi lain kita dapat kunci inggris ke dalam ini. Bayangkan jika, dengan sedikit pergantian katup, Anda bisa mengendalikan laju aliran gerbang aliran Hoover Dam . Jumlah yang sangat sedikit kekuatan Anda mungkin dimasukkan ke dalam memutar kenop yang memiliki potensi untuk menciptakan kekuatan ribuan kali lebih kuat. Kami peregangan analogi untuk batas-batasnya, tetapi ide ini membawa ke transistor juga. Transistor yang istimewa karena mereka dapatmemperkuat sinyal listrik, mengubah sinyal berdaya rendah menjadi sinyal dengan daya yang lebih tinggi.

---

Jenis. Ada lebih banyak untuk itu, tapi itu adalah tempat yang baik untuk memulai! Periksa bagian berikutnya untuk penjelasan lebih rinci dari operasi transistor.

Operasi Mode

Tidak seperti resistor , yang menegakkan hubungan linear antara tegangan dan arus, transistor adalah perangkat non-linear. Mereka memiliki empat mode yang berbeda operasi, yang menggambarkan arus yang mengalir melalui mereka. (Ketika kita berbicara tentang aliran arus melalui transistor, kita biasanya berarti arus yang mengalir dari kolektor ke emitor dari NPN.)

Modus operasi empat transistor adalah:

• Saturasi - transistor bertindak seperti sebuah sirkuit pendek. Saat ini bebas mengalir dari kolektor ke emitor.
• Cut-off - transistor bertindak seperti sebuah sirkuit terbuka. Tidak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor.
• Aktif - Arus dari kolektor ke emitor sebanding dengan arus yang mengalir ke dasar.
• Reverse-Active - Seperti modus aktif, saat ini sebanding dengan arus basis, tetapi mengalir secara terbalik. Arus mengalir dari emitor ke kolektor (tidak, tepatnya, transistor tujuan dirancang untuk).

Untuk menentukan modus yang transistor dalam, kita perlu melihat tegangan pada masing-masing tiga pin, dan bagaimana mereka berhubungan satu sama lain. Tegangan dari basis ke emitor (V BE), dan dari dasar ke kolektor (V BC) mengatur mode transistor:

Grafik kuadran disederhanakan di atas menunjukkan bagaimana tegangan positif dan negatif pada orang-terminal mempengaruhi mode. Pada kenyataannya itu sedikit lebih rumit dari itu.

Mari kita lihat keempat mode transistor individual; kami akan menyelidiki bagaimana untuk menempatkan perangkat ke mode tersebut, dan apa efeknya terhadap aliran arus.

Catatan: Sebagian besar halaman ini berfokus pada NPN transistor. Untuk memahami bagaimana transistor PNP bekerja, cukup membalik polaritas atau> dan <tanda.

Saturasi Modus

Kejenuhan adalah pada mode transistor. Sebuah transistor dalam modus jenuh bertindak seperti sebuah sirkuit pendek antara kolektor dan emitor.

Dalam modus jenuh kedua "dioda" dalam transistor yang bias maju. Itu berarti V BE harus lebih besar dari 0, dan sebagainya harus V SM. Dengan kata lain, V B harus lebih tinggi dari kedua V Edan V C.

Karena persimpangan dari basis ke emitor terlihat seperti sebuah dioda , pada kenyataannya, VBE harus lebih besar dari tegangan ambang untuk masuk saturasi. Ada banyak singkatan untuk tegangan drop - V th, V γ, dan V d adalah beberapa - dan nilai aktual bervariasi antara transistor (dan lebih jauh dengan suhu). Untuk banyak transistor (pada suhu kamar) kita bisa memperkirakan penurunan ini menjadi sekitar 0.6V.

Lain realitas mengecewakan: tidak akan ada konduksi sempurna antara emitor dan kolektor.Sebuah drop tegangan kecil akan membentuk antara node. Lembar data transistor akan menentukan tegangan ini sebagai tegangan CE saturasi V CE (duduk) - tegangan dari kolektor ke emitor diperlukan untuk saturasi. Nilai ini biasanya sekitar 0.05-0.2V. Nilai ini berarti bahwa V Charus sedikit lebih besar dari V E (namun keduanya masih kurang dari V B) untuk mendapatkan transistor dalam modus jenuh.

Modus cutoff

Modus cutoff adalah kebalikan dari kejenuhan. Sebuah transistor dalam mode cutoff adalah off - tidak ada arus kolektor, dan karena itu tidak ada arus emitor. Hampir tampak seperti rangkaian terbuka.

Untuk mendapatkan transistor ke mode cutoff, tegangan basis harus kurang dari kedua emitor dan tegangan kolektor. V SM dan V BE keduanya harus negatif.

Pada kenyataannya, V BE bisa dimana saja antara 0V dan V th (~ 0.6V) untuk mencapai modus cutoff.

Active Mode

Untuk beroperasi dalam mode aktif, transistor V BE harus lebih besar dari nol dan V BC harus negatif. Dengan demikian, tegangan basis harus kurang dari kolektor, tetapi lebih besar dari emitor. Itu juga berarti kolektor harus lebih besar dari emitor.

Pada kenyataannya, kita membutuhkan non-nol drop tegangan maju (disingkat baik V th, V γ,atau V d) dari basis ke emitor (V BE) untuk "menghidupkan" transistor. Biasanya tegangan ini biasanya sekitar 0.6V.

Penguatan di Active Mode

Modus aktif adalah modus yang paling kuat dari transistor karena ternyata perangkat keamplifier. Saat ini masuk ke pin basis menguatkan saat masuk ke kolektor dan keluar emitor.

Notasi singkat kami untuk keuntungan (faktor amplifikasi) dari transistor β (Anda juga dapat melihatnya sebagai β F atau h FE). β linear berkaitan arus kolektor (I C) ke arus basis (I B):

Nilai aktual dari β bervariasi oleh transistor. Ini biasanya sekitar 100, tetapi dapat berkisar dari 50 sampai 200 ... bahkan 2000, tergantung pada transistor yang Anda gunakan dan berapa banyak arus yang mengalir melewatinya. Jika transistor Anda memiliki β dari 100, misalnya, bahwa akan berarti arus masukan dari 1mA ke dasar bisa menghasilkan 100mA arus melalui kolektor.

Aktif Model modus. V BE = V th, dan aku C = βI B.

Bagaimana dengan arus emitor, saya E? Dalam modus aktif, kolektor dan basis arus masuk ke dalam perangkat, dan saya E keluar. Untuk menghubungkan arus emitor ke kolektor saat ini, kami memiliki nilai konstan lain: α. α adalah common-base gain arus, hal ini berkaitan tersebut arus seperti:

α biasanya sangat dekat dengan, tapi kurang dari, 1. Itu berarti saya C sangat dekat dengan, tapi kurang dari aku E dalam mode aktif.

Anda dapat menggunakan β untuk menghitung α, atau sebaliknya:

Jika β adalah 100, misalnya, itu berarti α adalah 0.99. Jadi, jika saya C adalah 100mA, misalnya, maka saya E adalah 101mA.

Sebaliknya Aktif

Sama seperti saturasi adalah kebalikan dari cutoff, reverse modus aktif adalah kebalikan dari modus aktif. Sebuah transistor dalam modus aktif terbalik melakukan, bahkan menguatkan, tetapi arus mengalir dalam arah yang berlawanan, dari emitor ke kolektor. The downside untuk membalikkan modus aktif adalah β (R β dalam hal ini) jauh lebih kecil.

Untuk menempatkan transistor dalam modus aktif terbalik, tegangan emitor harus lebih besar dari dasar, yang harus lebih besar dari kolektor (V BE <0 dan V BC> 0).

Modus aktif reverse tidak biasanya sebuah negara di mana Anda ingin mengarahkan sebuah transistor. Ada baiknya untuk tahu itu ada, tapi itu jarang dirancang ke dalam aplikasi.

Berkaitan dengan PNP

Setelah segala sesuatu yang kita bicarakan di halaman ini, kita masih hanya menutupi setengah dari spektrum BJT. Bagaimana dengan transistor PNP? Karya PNP banyak seperti NPN ini - mereka memiliki sama empat mode - tapi semuanya berbalik. Untuk mengetahui modus yang transistor PNP dalam, membalikkan semua <dan> tanda-tanda.

Misalnya, untuk menempatkan PNP ke dalam kejenuhan V C dan V E harus lebih tinggi dari V B.Anda menarik basis rendah untuk mengaktifkan PNP, dan membuatnya lebih tinggi dari kolektor dan emitor untuk mematikannya. Dan, untuk menempatkan PNP ke mode aktif, V E harus berada pada tegangan yang lebih tinggi daripada V B, yang harus lebih tinggi dari V C.

Singkatnya:

Hubungan tegangan	Modus NPN	PNP Modus
V E <V B <V C	Aktif	Terbalik
V E <V B> V C	Saturasi	Cutoff
V E> V B <V C	Cutoff	Saturasi
V E> V B> V C	Terbalik	Aktif

Karakteristik lawan lain dari npns dan PNPS adalah arah aliran arus. Dalam mode aktif dan saturasi, arus di PNP mengalir dari emitor ke kolektor. Ini berarti emitor umum harus berada pada tegangan yang lebih tinggi daripada kolektor.

---

Jika Anda terbakar pada hal-hal konseptual, melakukan perjalanan ke bagian berikutnya. Cara terbaik untuk belajar bagaimana transistor bekerja adalah untuk memeriksanya dalam rangkaian kehidupan nyata. Mari kita lihat beberapa aplikasi!

Aplikasi I: Switches

Salah satu aplikasi yang paling mendasar dari sebuah transistor menggunakannya untuk mengontrol aliran listrik ke bagian lain dari sirkuit - menggunakannya sebagai saklar listrik.Mengemudi di salah cutoff atau saturasi modus, transistor dapat membuat biner on / off efek dari switch.

Switch transistor adalah sirkuit-bangunan penting blok; mereka digunakan untuk membuatgerbang logika , yang pergi untuk membuat mikrokontroler, mikroprosesor, dan lainnya sirkuit terpadu . Di bawah ini adalah beberapa contoh sirkuit.

Transistor Beralih

Mari kita lihat yang paling mendasar transistor-circuit switch: saklar NPN. Di sini kita menggunakan NPN untuk mengendalikan daya tinggi LED:

Masukan kendali kita mengalir ke dasar, output terkait dengan kolektor, dan emitor dijaga pada tegangan tetap.

Sementara saklar yang normal akan membutuhkan aktuator secara fisik membalik, switch ini dikendalikan oleh tegangan pada pin dasar. Sebuah mikrokontroler I / O pin, seperti pada sebuahArduino , dapat diprogram untuk pergi tinggi atau rendah untuk menghidupkan LED atau mematikan.

Ketika tegangan di dasar lebih besar dari 0.6V (atau apa pun transistor Anda V th mungkin), transistor mulai jenuh dan terlihat seperti hubungan pendek antara kolektor dan emitor. Ketika tegangan di dasar kurang dari 0.6V transistor berada dalam mode cutoff - tidak ada arus mengalir karena terlihat seperti rangkaian terbuka antara C dan E.

Rangkaian di atas disebut saklar sisi rendah, karena switch - transistor kita - adalah pada rendah (ground) sisi sirkuit. Atau, kita dapat menggunakan transistor PNP untuk membuat saklar sisi tinggi:

Serupa dengan sirkuit NPN, dasar adalah masukan kami, dan emitor terkait dengan tegangan konstan. Namun kali ini, emitor terikat tinggi, dan beban terhubung ke transistor di sisi lapangan.

Sirkuit ini bekerja sama dengan baik sebagai saklar NPN berbasis, tapi ada satu perbedaan besar: untuk mengubah beban "pada" dasar harus rendah. Hal ini dapat menyebabkan komplikasi, terutama jika tegangan tinggi beban itu (V CC dalam gambar ini) lebih tinggi dari tegangan input kontrol kami tinggi. Misalnya, sirkuit ini tidak akan bekerja jika Anda mencoba untuk menggunakan 5V-operasi Arduino untuk menyalakan motor 12V. Dalam hal itu akan mustahil untuk mengubah saklar off karena V B akan selalu kurang dari V E.

Resistor dasar!

Anda akan melihat bahwa masing-masing sirkuit menggunakan resistor seri antara input kontrol dan dasar transistor. Jangan lupa untuk menambahkan resistor ini! Sebuah transistor tanpa resistor di pangkalan adalah seperti LED tanpa pembatas arus resistor .

Ingatlah bahwa, dengan cara, transistor hanya sepasang dioda yang saling berhubungan. Kami maju-biasing dioda basis-emitor untuk mengaktifkan beban pada. Dioda hanya perlu 0.6V untuk mengaktifkan, tegangan lebih dari itu berarti lebih banyak arus. Beberapa transistor hanya dapat dinilai untuk maksimal 10-100mA arus mengalir melalui mereka. Jika Anda menyediakan arus atas rating maksimum, transistor mungkin meledak.

Resistor seri antara sumber kendali kita dan batas arus basis ke dasar. Basis-emitor simpul bisa mendapatkan drop tegangan bahagia nya 0.6V, dan resistor bisa drop tegangan sisa. Nilai resistor, dan tegangan di atasnya, akan mengatur arus.

Resistor harus cukup besar untuk secara efektif membatasi arus, tapi cukup untuk memberi makan dasar arus yang cukup kecil. 1mA ke 10mA biasanya akan cukup menjadi, tetapi periksa datasheet transistor Anda untuk memastikan.

Digital Logic

Transistor dapat dikombinasikan untuk menciptakan semua dasar kita gerbang logika : AND, OR, dan NOT.

(Catatan:. Hari-hari ini MOSFET lebih cenderung digunakan untuk membuat gerbang logika daripada BJTs MOSFET daya yang lebih efisien, yang membuat mereka pilihan yang lebih baik.)

Inverter

Berikut rangkaian transistor yang mengimplementasikan inverter, atau gerbang NOT:

Inverter dibangun dari transistor.

Berikut tegangan tinggi ke dasar akan mengubah transistor pada, yang secara efektif akan menghubungkan kolektor ke emitor. Karena emitor terhubung langsung ke tanah, kolektor akan juga (meskipun itu akan sedikit lebih tinggi, sekitar V CE (duduk) ~ 0.05-0.2V). Jika input rendah, di sisi lain, transistor terlihat seperti rangkaian terbuka, dan output ditarik hingga VCC

(Ini sebenarnya adalah konfigurasi transistor fundamental yang disebut emitor umum. Lebih pada nanti.)

DAN Gerbang

Berikut adalah sepasang transistor digunakan untuk membuat 2-masukan gerbang AND:

2-input gerbang dibangun dari transistor.

Jika salah satu transistor dimatikan, maka output pada kolektor transistor kedua akan ditarik rendah. Jika kedua transistor "on" (basa keduanya tinggi), maka output dari rangkaian juga tinggi.

OR Gerbang

Dan, akhirnya, inilah 2-input gerbang OR:

2-input gerbang OR dibangun dari transistor.

Dalam rangkaian ini, jika salah satu (atau keduanya) A atau B yang tinggi, bahwa transistor masing-masing akan menyala, dan tarik output tinggi. Jika kedua transistor off, maka output ditarik rendah melalui resistor.

H-Bridge

H-jembatan adalah sirkuit berbasis transistor mampu mengemudi motor baik searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam. Ini adalah sirkuit yang sangat populer - kekuatan pendorong di belakang yang tak terhitung jumlahnya robot yang harus dapat bergerak baik majudan mundur.

Pada dasarnya, sebuah H-jembatan adalah kombinasi dari empat transistor dengan dua baris input dan dua output:

Anda bisa menebak mengapa ini disebut jembatan H?

(Catatan: biasanya ada sedikit lebih untuk yang dirancang dengan baik H-jembatan termasuk dioda flyback, resistor dasar dan Schmidt memicu.)

Jika kedua input tegangan yang sama, output ke motor akan tegangan yang sama, dan motor tidak akan bisa berputar. Tetapi jika kedua input berlawanan, motor akan berputar dalam satu arah atau yang lain.

H-jembatan memiliki tabel kebenaran yang terlihat sedikit seperti ini:

Masukan A	Input B	Output A	Output B	Motor Arah
0	0	1	1	Berhenti (pengereman)
0	1	1	0	Searah jarum jam
1	0	0	1	Berlawanan arah jarum jam
1	1	0	0	Berhenti (pengereman)

Oscillators

Osilator adalah rangkaian yang menghasilkan sinyal periodik yang ayunan antara tegangan tinggi dan rendah. Oscillators digunakan dalam segala macam sirkuit: dari hanya berkedip LED untuk menghasilkan sinyal clock untuk mendorong mikrokontroler. Ada banyak cara untuk membuat rangkaian osilator termasuk kristal kuarsa, op amp, dan, tentu saja, transistor.

Berikut ini adalah contoh berosilasi sirkuit, yang kita sebut multivibrator astabil. Dengan menggunakan umpan balik kita bisa menggunakan sepasang transistor untuk membuat dua pelengkap, osilasi sinyal.

Selain dua transistor, para kapasitor adalah kunci nyata untuk sirkuit ini. Topi alternatif pengisian dan pengosongan, yang menyebabkan dua transistor untuk alternatif menghidupkan dan mematikan.

Menganalisis operasi ini sirkuit merupakan studi yang sangat baik dalam pengoperasian kedua topi dan transistor. Untuk memulai, asumsikan C1 terisi penuh (menyimpan tegangan sekitar VCC), C2 dibuang, Q1 aktif, dan Q2 tidak aktif. Inilah yang terjadi setelah itu:

• Jika Q1 aktif, maka piring kiri C1 ini (pada skema) terhubung ke sekitar 0V. Hal ini akan memungkinkan C1 untuk discharge melalui kolektor Q1.
• Sementara C1 pemakaian, C2 cepat biaya melalui rendah nilai resistor - R4.
• Setelah C1 sepenuhnya discharge, piring kanan akan ditarik sampai sekitar 0.6V, yang akan mengaktifkan Q2.
• Pada titik ini kita telah bertukar negara: C1 dibuang, C2 dibebankan, Q1 tidak aktif, dan Q2 aktif. Sekarang kita melakukan tarian yang sama dengan cara lain.
• Q2 berada di memungkinkan C2 untuk melepaskan melalui kolektor Q2.
• Sementara Q1 mati, C1 dapat mengisi, relatif cepat melalui R1.
• Setelah C2 habis sepenuhnya, Q1 akan berbalik ke belakang dan kami kembali negara kami mulai di.

Hal ini dapat sulit untuk membungkus kepala Anda sekitar. Anda dapat menemukan demo lain yang sangat baik dari sirkuit ini di sini .

Dengan memilih nilai-nilai tertentu untuk C1, C2, R2, R3 dan (dan menjaga R1 dan R4 relatif rendah), kita dapat mengatur kecepatan rangkaian multivibrator kami:

Jadi, dengan nilai-nilai untuk topi dan resistor diatur ke 10μF dan 47kΩ masing-masing, frekuensi osilator kami adalah sekitar 1,5 Hz. Itu berarti setiap LED akan berkedip sekitar 1,5 kali per detik.

---

Seperti yang Anda mungkin sudah bisa melihat, ada ton sirkuit luar sana yang memanfaatkan transistor. Tapi kita hampir tidak menggaruk permukaan. Contoh-contoh ini sebagian besar menunjukkan bagaimana transistor dapat digunakan dalam kejenuhan dan cut-off mode sebagai switch, tapi bagaimana amplifikasi? Waktu untuk lebih banyak contoh!

Aplikasi II: Amplifier

Beberapa aplikasi transistor yang paling kuat melibatkan amplifikasi: mengubah sinyal daya rendah menjadi salah satu kekuatan yang lebih tinggi. Amplifier dapat meningkatkan tegangan dari sinyal, mengambil sesuatu dari berbagai μV dan mengubahnya menjadi mV atau V tingkat yang lebih berguna. Atau mereka dapat memperkuat saat ini, berguna untuk mengubah μA arus yang dihasilkan oleh fotodioda menjadi arus besarnya jauh lebih tinggi. Bahkan ada amplifier yang mengambil saat ini di, dan menghasilkan tegangan yang lebih tinggi, atau sebaliknya (disebut masing-masing transresistance dan transkonduktansi).

Transistor adalah komponen kunci untuk banyak sirkuit memperkuat. Ada berbagai tampaknya tak terbatas transistor amplifier di luar sana, tapi untungnya banyak dari mereka didasarkan pada beberapa sirkuit ini lebih primitif. Ingat sirkuit ini, dan, mudah-mudahan, dengan sedikit pencocokan pola, Anda dapat memahami lebih banyak amplifier yang kompleks.

Konfigurasi umum

Tiga dari amplifier transistor yang paling mendasar adalah: emitor umum, kolektor umum dan dasar umum. Dalam masing-masing tiga konfigurasi salah satu dari tiga node secara permanen terikat pada tegangan umum (biasanya tanah), dan dua node lainnya baik input atau output dari penguat.

Emitter umum

Emitor umum adalah salah satu pengaturan transistor lebih populer. Dalam rangkaian ini emitor terkait dengan tegangan umum untuk kedua basis dan emitor (biasanya tanah). Dasar menjadi input sinyal, dan kolektor menjadi output.

Rangkaian emitor umum adalah populer karena itu cocok untuk amplifikasi tegangan, terutama pada frekuensi rendah. Mereka besar untuk memperkuat sinyal audio, misalnya. Jika Anda memiliki sinyal input puncak ke puncak 1.5V kecil, Anda bisa memperkuat bahwa untuk tegangan yang lebih tinggi menggunakan sirkuit sedikit lebih rumit, seperti:

Salah satu kekhasan dari emitor umum, meskipun, adalah bahwa hal itu membalikkan sinyal input (bandingkan dengan inverter dari halaman terakhir!).

Kolektor umum (Emitter Follower)

Jika kita mengikat pin kolektor ke tegangan umum, menggunakan basis sebagai input, dan emitor sebagai output, kita memiliki kolektor umum. Konfigurasi ini juga dikenal sebagai pengikut emitor.

Para kolektor umum tidak melakukan amplifikasi tegangan (pada kenyataannya, tegangan keluar akan 0.6V lebih rendah dari tegangan in). Oleh karena itu, sirkuit ini kadang-kadang disebutpengikut tegangan.

Sirkuit ini memang memiliki potensi besar sebagai penguat arus. Selain itu, keuntungan yang tinggi saat dikombinasikan dengan gain tegangan dekat kesatuan membuat sirkuit ini buffer tegangan yang besar. Sebuah penyangga tegangan mencegah sirkuit beban dari tidak diinginkan mengganggu sirkuit mengemudi itu.

Sebagai contoh, jika Anda ingin memberikan 1V ke suatu beban, Anda bisa pergi dengan cara yang mudah dan menggunakan pembagi tegangan , atau Anda bisa menggunakan pengikut emitor.

Sebagai beban bertambah besar (yang, sebaliknya, berarti resistensi lebih rendah) output dari tetes rangkaian pembagi tegangan. Tapi tegangan output dari pengikut emitor tetap stabil, terlepas dari apa beban. Beban yang lebih besar tidak bisa "memuat down" pengikut emitor, seperti mereka dapat sirkuit dengan impedansi output yang lebih besar.

Basis umum

Kita akan berbicara tentang dasar umum untuk memberikan beberapa penutupan untuk bagian ini, tapi ini adalah yang paling populer dari tiga konfigurasi dasar. Dalam penguat dasar umum, emitor merupakan masukan dan kolektor output. Dasar adalah sama untuk kedua.

Dasar umum adalah seperti anti-emitor-pengikut. Ini adalah penguat tegangan yang layak, dan saat ini adalah sekitar sama dengan saat keluar (sebenarnya saat ini di sedikit lebih besar dari saat ini keluar).

Rangkaian dasar umum yang terbaik sebagai penyangga saat ini. Hal ini dapat mengambil arus masukan pada impedansi input yang rendah, dan memberikan arus hampir yang sama untuk impedansi keluaran yang lebih tinggi.

Dalam ringkasan

Ketiga konfigurasi amplifier berada di jantung dari banyak amplifier transistor lebih rumit. Mereka masing-masing memiliki aplikasi di mana mereka bersinar, apakah mereka memperkuat arus, tegangan, atau buffering.

	Emitter umum	Kolektor umum	Basis umum
Tegangan Gain	Sedang	Rendah	Tinggi
Gain saat ini	Sedang	Tinggi	Rendah
Input Impedance	Sedang	Tinggi	Rendah
Output Impedance	Sedang	Rendah	Tinggi

Amplifier Multistage

Kita bisa terus dan terus tentang berbagai macam transistor amplifier di luar sana. Berikut adalah beberapa contoh beberapa cepat untuk memamerkan apa yang terjadi ketika Anda menggabungkan amplifier satu tahap di atas:

Darlington

The Darlington amplifier berjalan satu kolektor umum ke yang lain untuk membuat gain penguatarus tinggi.

Tegangan out adalah hampir sama dengan tegangan di (minus tentang 1.2V-1.4V), tapi gain saat ini adalah produk dari dua keuntungan transistor. Itu 2β, ke atas dari 1000!

Pasangan Darlington adalah alat yang hebat jika Anda perlu drive beban besar dengan arus input yang sangat kecil.

Differential Amplifier

Sebuah penguat diferensial mengurangi dua sinyal input dan menguatkan perbedaan itu. Ini adalah bagian penting dari rangkaian umpan balik, di mana input dibandingkan dengan output, untuk menghasilkan output masa depan.

Berikut adalah dasar dari diferensial amp:

Sirkuit ini juga disebut sepasang ekor panjang. Ini adalah sepasang sirkuit umum-emitor yang dibandingkan satu sama lain untuk menghasilkan output diferensial. Dua input diterapkan pada basis transistor; output adalah tegangan diferensial di dua kolektor.

Push-Pull Amplifier

Sebuah penguat push-pull adalah "tahap akhir" berguna dalam banyak amplifier multi-tahap. Ini adalah energi listrik yang efisien amplifier, sering digunakan untuk menggerakkan pengeras suara.

Fundamental push-pull amp menggunakan NPN dan PNP transistor, baik dikonfigurasi sebagai kolektor umum:

Push-pull amp tidak benar-benar memperkuat tegangan (tegangan keluar akan sedikit kurang dari itu), tapi itu tidak memperkuat arus. Ini sangat berguna dalam bi-polar sirkuit (orang-orang dengan persediaan positif dan negatif), karena dapat keduanya "push" arus ke beban dari suplai positif, dan "menarik" saat keluar dan tenggelam ke dalam pasokan negatif.

Jika Anda memiliki persediaan bi-polar (atau bahkan jika Anda tidak), push-pull adalah tahap akhir yang bagus untuk amplifier, bertindak sebagai penyangga untuk beban.

Menempatkan mereka bersama-sama (An Operasional Amplifier)

Mari kita lihat contoh klasik dari multi-stage transistor rangkaian: sebuah Op Amp . Mampu mengenali sirkuit transistor umum, dan memahami tujuan mereka bisa mendapatkan Anda jauh!Berikut adalah sirkuit dalam sebuah LM3558 , op amp benar-benar sederhana:

Internal penguat operasional LM358. Mengenali beberapa amplifier?

Ada pasti lebih kompleksitas di sini daripada Anda mungkin siap untuk mencerna, namun Anda mungkin akan melihat beberapa topologi akrab:

• Q1, Q2, Q3, dan Q4 membentuk tahap input. Tampak banyak seperti kolektor umum (Q1 dan Q4) menjadi penguat diferensial , kan? Itu hanya tampak terbalik, karena itu menggunakan PNP. Transistor ini membantu untuk membentuk tahap masukan diferensial penguat.
• Q11 dan Q12 merupakan bagian dari tahap kedua. Q11 adalah kolektor umum dan Q12 adalah emitor umum . Sepasang transistor akan buffer sinyal dari kolektor Q3 ini, dan memberikan keuntungan yang tinggi sebagai sinyal pergi ke tahap akhir.
• P6 dan Q13 merupakan bagian dari tahap akhir, dan mereka harus tampak akrab juga (terutama jika Anda mengabaikan R SC ) - itu adalah push-tarik ! Tahap ini buffer output, yang memungkinkan untuk mendorong beban yang lebih besar.
• Ada berbagai konfigurasi umum lainnya di sana yang kita belum bicarakan. Q8 dan Q9 dikonfigurasi sebagai cermin saat , yang hanya salinan jumlah arus melalui satu transistor ke yang lain.

Setelah kursus kilat ini dalam transistor, kita tidak akan mengharapkan Anda untuk memahami apa yang terjadi di sirkuit ini, tetapi jika Anda dapat mulai mengidentifikasi rangkaian transistor umum Anda berada di jalur yang benar!

Read More