¿Puede alguien darme una explicación realmente simple de cómo funcionan los transistores? [cerrado]

  

Busco entender hasta qué punto se activan y cómo usarlos.   ellos como un interruptor.

Hay dos tipos básicos de transistores que se utilizan como interruptores: bipolar (NPN, PNP) y efecto de campo (MOSFET).

Un transistor bipolar puede considerarse como un amplificador de corriente con un diodo entre la Base y el Emisor. Si el transistor tiene una ganancia de corriente (H _FE ) de, por ejemplo. 100, entonces puede cambiar una corriente hasta 100 veces mayor que la que se alimenta a la Base. Pero (debido al diodo del emisor de base) a medida que aumenta el voltaje de la base, la corriente de entrada aumentará muy rápidamente una vez que supere los 0,6 V, por lo que necesita una resistencia para limitar la corriente de la base. La ganancia de corriente varía con la temperatura y el voltaje del colector-emisor, por lo que para garantizar que se encienda por completo en todas las condiciones, debe proporcionar más corriente de base de la que indicaría H _FE .

Por el contrario, un MOSFET se activa mediante voltaje entre la compuerta y el drenaje. La compuerta no consume corriente, pero tiene alguna capacitancia que debe cargarse / descargarse. Nuevamente, la respuesta es no lineal, pero con este tipo de transistor, solo necesita asegurarse de que la compuerta reciba suficiente voltaje para encenderse. La hoja de datos generalmente proporciona gráficos que muestran la relación entre el voltaje de entrada y la corriente de salida, pero la respuesta exacta es difícil de fabricar con precisión y varía ampliamente entre unidades individuales. Por lo tanto, es mejor asumir el peor de los casos y darle suficiente. Los MOSFET se describen a menudo como 'Nivel lógico' (unidad de compuerta de 4.5 V) o, por ejemplo, '2.5V' que especifica el voltaje requerido para garantizar que se encenderán completamente.

La mayoría de los tutoriales de electrónica se centran en la física de lo que ocurre dentro de un transistor (electrones, orificios, anchos de canal, etc.) pero realmente no es necesario saber eso. Solo lea la hoja de datos del dispositivo y tome nota de cómo responde a diferentes estímulos. Esta información le indica lo que realmente necesita saber: cómo se espera que un dispositivo en particular funcione en un circuito real. Y el examen de la hoja de datos funciona con cualquier dispositivo , incluso si no sabe qué tecnología utiliza internamente.

Aquí viene mi explicación del principio de funcionamiento básico de un transistor bipolar (BJT): lo más simple posible:

(1) Por favor, recuerde cómo funciona un diodo pn: es un elemento no lineal, lo que significa que la corriente NO depende principalmente de la resistencia del material sino del grosor del área de agotamiento a través del pn unión (la causa física de esta área de agotamiento son los efectos de difusión entre la región p y la n). El grosor de esta área está controlado / determinado por la tensión externa aplicada. Como resultado, tenemos la conocida relación exponencial I-V (descrita y explicada por W. Shockley). Una mayor tensión en el diodo provoca un efecto de "contracción" que permite el aumento de la corriente porque las portadoras cargadas (corriente) tienen cada vez más "energía de movimiento" para cruzar esta área de eliminación.

(2) Este es también el principio básico de funcionamiento del transistor bipolar. Un cambio en el voltaje de base-emisor aplicado VBE influye en el grosor de la zona de agotamiento en la unión pn. Como consecuencia, la corriente está controlada por este voltaje VBE (principio de diodo); sin embargo, la mayoría de esta corriente (más del 95%) va al colector (y NO al nodo base) porque las portadoras cargadas que forman esta corriente son atraído fuertemente por la tensión de colector relativamente grande (mucho más grande que la tensión de base). En este contexto, es importante saber que el grosor del área de agotamiento está en el rango de µm.

(3) Como primera aproximación, la cantidad de portadores cargados que llegan al colector (como ejemplo, he mencionado el 95%) es INDEPENDIENTE en el voltaje del colector-emisor VCE (siempre y cuando sea mayor que el voltaje base) ). Por lo tanto, la corriente de colector IC no cambia mucho por la variación de VCE (5V o 9V o 12V). Por lo tanto, el BJT suele describirse y manejarse como una "fuente de corriente controlada por voltaje".

Creo que lo que estás buscando es una idea muy básica para contextualizar lo que estás leyendo. Puedo intentarlo un poco, pero realmente aprenderás leyendo libros (Horowitz y Hill, también el Manual de ARRL tiene una gran sección de transistores) y construyendo (y simulando) circuitos.

Como estoy seguro de que ha leído, un transistor es un componente "no lineal" que tiene tres conductores (en lugar de dos, como capacitores, resistencias y diodos). Un cable se llama la puerta o la base, dependiendo de si es un FET o un BJT (lea acerca de las diferencias). Este cable es especial, porque la corriente que fluye en él (o la caída de voltaje entre él y el drenaje, en el caso de un FET) determina las propiedades del material entre los otros dos cables.

Los transistores pueden usarse para conmutar y amplificar señales. Por ejemplo, un BJT típico sin flujo de corriente en la base está en el modo "apagado". Eso significa que puedo dejar caer una tensión en los otros dos cables y no fluirá corriente entre ellos. Es solo un circuito abierto. Ahora imagine que conecto un LED en serie con los otros dos cables.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Puedo encender y apagar el LED con una pequeña cantidad de corriente aplicada a la base. Esto se debe a que cuando la corriente fluye hacia la base, las propiedades del material que separan el colector y el emisor cambian y comienzan a conducir la corriente. Esta corriente ilumina el LED. Ese es un ejemplo de una aplicación de conmutación. La corriente que fluye hacia la base hace que la corriente fluya entre el colector y el emisor, por lo que se enciende el LED.

La otra gran aplicación es la amplificación. Implica los aspectos más complicados de un transistor, y no me molestaré en citar libros de texto aquí.

Este es solo un pequeño resumen para animarte a seguir leyendo. Hay muchos recursos ahí afuera. Construye algunos circuitos.

El germanio y el silicio son "semiconductores". Pueden conducir o aislar dependiendo de las pequeñas influencias. Al igual que los votantes indecisos en una elección. Puede inyectar unos pocos electrones (NPN) o drenar algunos orificios (PNP) a través de la base / compuerta y activar o desactivar la ruta de corriente principal. Más bien como "presión de grupo" cuando regresaste a la escuela.