Entender transistores

Ya que tiene un buen conocimiento de los otros componentes, los transistores no deberían ser un problema para comprender. Haciendo una búsqueda rápida por aquí, encontré una publicación que creo que lo resume muy bien.

Conceptos básicos de los transistores

  

Piensa en un transistor NPN de esta manera: pones un poco de corriente a través de B-E, y eso permite mucha corriente a través de C-E. La proporción de mucho a poco es la ganancia del transistor, a veces conocida como beta y otras veces hFE.

Para resumir, un uso común de los transistores es como un amplificador, o incluso más simple, un interruptor. Un buen ejemplo sería alimentar un motor utilizando un microcontrolador para un robot. Desea poder encender / apagar los motores, que es lo que hará el microcontrolador. Si tuviera que conectar el motor directamente a un pin digital MCU, destruiría la MCU porque no puede manejar las corrientes que normalmente se necesitan. En su lugar, utiliza un transistor que usará una pequeña cantidad de corriente a través del B-E pero permitirá que corrientes más grandes fluyan a través de C-E.

1. Depende de tu estilo de aprendizaje. Creo que necesitas tanto experiencia en el libro de texto como en el laboratorio para comprender realmente los conceptos. ¿Hay algún espacio hacker cerca de ti?

2. Hay innumerables explicaciones acerca de los transistores. Todos están escritos con diferentes audiencias en mente. Algunos se centran en la física subyacente, algunos se centran en las aplicaciones, otros se centran en la intuición. Tendrás que seguir leyendo (y problemas de trabajo, y construyendo circuitos) hasta que encuentres uno que te haga vibrar.

3. Como han señalado otros, hay CircuitLab . Si tiene un dispositivo iOS, puede probar iCircuit , que anima el flujo actual. Luego están las innumerables distribuciones SPICE. Personalmente me gusta Multisim. Mouser pone a disposición una versión gratuita .

Para poner en mis dos centavos sobre transistores: un transistor es lo que usted hace de él.

Puedes considerarlo como una caja negra. Es decir, es un dispositivo de tres terminales que define alguna relación entre los voltajes y las corrientes. Idealmente, si aplica un voltaje entre dos terminales, entonces la corriente a través del tercer terminal está completamente determinada.

La naturaleza específica de esta relación depende del tipo de transistor que estés usando. Los FET tienen una relación de ley cuadrada: la corriente de salida es proporcional al cuadrado de la tensión de entrada. Los BJT tienen una relación exponencial. Los tubos de vacío tienen una ley de potencia de 3/2.

Con esta caja negra mágica, puedes construir muchas cosas útiles. Las dos aplicaciones más populares son los amplificadores y los interruptores. Para un amplificador de voltaje, el objetivo es tener un pequeño movimiento de voltaje en algún terminal, generar un movimiento más grande en otro terminal. Si aplicamos este pequeño voltaje a nuestro terminal de transistor de control, obtenemos una corriente de salida que se escala de forma exponencial o cuadrada, y luego podemos convertir esto a un voltaje. Como interruptor, si aplica voltaje cero entre los terminales de control, entonces la corriente de salida se pone a cero. El dispositivo se apaga.

Esto es una gran simplificación, pero creo que capta la idea principal. El diablo está en los detalles. Los transistores reales tienen muchos requisitos para que sigan funcionando de manera conveniente. Sería fantástico si existiera un transistor ideal tan mágico. ¡Tendríamos componentes electrónicos increíblemente especificados con una duración de batería increíble! Sin embargo, los ingenieros y físicos de dispositivos solo pueden proporcionarnos dispositivos que se aproximen aproximadamente a este transistor ideal.

Para los FET, hay un umbral de voltaje que debe cumplirse antes de que el dispositivo se encienda. También hay una cuarta terminal (cuerpo) que puede influir en el comportamiento del dispositivo. Si el voltaje de salida está por debajo de cierto nivel, se comporta más como una resistencia. Más allá de cierto nivel, actúa como una fuente actual. Ah, y esa corriente de salida tiene una ligera variación basada en ese voltaje de salida. Y si estamos hablando de FET de canal corto, esa relación de ley cuadrada ya no es realmente cierta. Para los BJT, ese voltaje de entrada también tiene que suministrar algo de corriente (sin duda, encontrará argumentos sobre si un BJT está controlado por voltaje o por corriente. Es ambos; no puede tener uno sin el otro). Luego están las capacitancias parásitas que afectan la operación del transistor a alta frecuencia. Y sigue y sigue y sigue.

Siempre hay más que aprender. Todavía estoy aprendiendo. Espero que esto ayude.

Un transistor es [una especie de] resistencia variable. En su extremo más extremo, es una impedancia total corta o infinita [es decir, un interruptor abierto o cerrado].

Ponga un transistor en serie con una resistencia estándar. Dependiendo de cómo configure el transistor, la resistencia es más grande O más pequeña. De acuerdo con la teoría de la resistencia, el voltaje en cada dispositivo también cambia. Cuando la señal que controla el transistor es pequeña, pero la variación de voltaje a través de la resistencia es mayor, tiene: un amplificador.

¿Flujo de electrones? Más fácil de entender es un modo de agotamiento estándar JFET. Piense en la fuente para drenar como un tubo conductor. Cuando aplica un voltaje [de polarización inversa] a la compuerta, crea una zona no conductora y el tubo se adelgaza. Los tubos más delgados tienen mayor resistencia, y si desvías la compuerta lo suficientemente fuerte es como pinzar una manguera de jardín.

BJT recuerda una escena de King Kong. Los héroes son perseguidos por los dinosaurios, se esconden en una esquina, pero los dinosaurios no pueden detenerse a tiempo y caer por un precipicio. La pequeña repisa que usan los héroes es la base, y los héroes son la corriente base. El gran callejón que conduce hasta el borde es el emisor. Dinos más héroes = corriente emisora. Dinos cayendo sobre el borde del acantilado, fuera de control = colector actual.

Los experimentos prácticos ayudan, pero una idea básica es clave para la comprensión. No necesita ser totalmente exacto, solo lo suficientemente memorable. Creo que los educadores llaman a este tipo de cosas "aprendizaje de ayuda visual".

Un transistor se construye a partir de dos diodos antiparalelos. Un diodo admitirá corriente en una dirección y lo bloqueará en la otra. La forma en que bloquea esto es tener una zona de agotamiento de carga sin portadores de carga. Esto sucede cuando se succionan los electrones en la parte con puntos N (que conduce utilizando electrones adicionales) del diodo y los agujeros en la parte con puntos P (que conduce usando electrones faltantes) del diodo. Eso es bastante fácil de entender hasta ahora.

Cuando un diodo conduce, funciona mediante la recombinación de electrones y agujeros en el límite de las partes punteadas de N y P.

Ahora, el truco con un transistor es que la mayor parte de los electrones (para un transistor NPN) que fluyen desde el emisor a la base no se combinan con agujeros en la base, sino que pasan al colector (que se opera en dirección de bloqueo). Como resultado, la corriente del emisor al colector es mucho mayor que la corriente "gobernante" del emisor a la base.

Al trabajar con los parámetros del material de modo que la "longitud de recombinación" promedio en la base sea un múltiplo considerable del grosor real de la base, se puede tener una influencia algo predecible en los factores de amplificación respectivos.

El diseño real del circuito estabiliza las condiciones operativas del transistor al proporcionar un sesgo y una retroalimentación negativa y da como resultado una amplificación más estable y lineal (aunque más pequeña) que la que proporcionaría el transistor desnudo.

Suplemento a mi comentario: (+1 para el gráfico!)

(Se omiten todos los demás componentes)

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Observe que si las flechas ambas apuntan hacia el dispositivo o se alejan de él, está desactivado. Los BJT funcionan de la misma manera, pero se pueden activar "parcialmente" en proporción a la corriente de la puerta, en lugar de solo ENCENDER o APAGAR.

BJT de NPN:

^{simular este circuito}

Observe que el tamaño de la flecha que atraviesa el transistor y el de la compuerta son proporcionales. Además, tenga en cuenta que Q2, en esta configuración, "es un diodo".

¿Qué buena literatura (preferiblemente en Internet) me puede recomendar sobre los transistores

Aquí hay dos enlaces que puedo recomendar ( porque el BJT se describe correctamente como una fuente de corriente controlada por voltaje):

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Sí, puede aprender fácilmente sobre transistores sin experiencia práctica

La mejor fuente en línea para todo lo relacionado con los fundamentos de la ingeniería eléctrica es, en mi opinión, el siguiente enlace.

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Para sus propósitos, desea descargar el PDF para el módulo 7, ya que cubre los conceptos básicos de cómo operan los transistores. El PDF tiene aproximadamente 300 páginas, pero estará interesado en las primeras 75 páginas, ya que esta parte cubre los conocimientos básicos de estado sólido que necesita para obtener una comprensión básica de los transistores.