Die "Lücke" zwischen dem Verständnis von Transistoren und ihrer Anwendung in realen Schaltungen

Wie arbeiten sie überhaupt? Ich bin im Abitur und habe Elektronik als Fach. Ich bin wirklich daran interessiert, dies zu verstehen und auch im College mit Elektronik zu beginnen. Aber jetzt scheint dies ein entfernter Traum zu sein, mit meinem schwachen Verständnis der Funktionsweise von Transistoren und ihrer tatsächlichen Anwendungen in Schaltkreisen. Ich habe zahlreiche Anleitungen online gelesen und nach Abschluss habe ich das Gefühl, dass ich das meiste davon gelernt habe, aber wenn ich anfange, über das TTL NOT-Gate (IC 7404) und einige andere (wie 7402, 7400) zu lernen, die Teil davon sind Von meinen Kursen, die auf der Arbeit der Transistoren beruhen, bekomme ich nichts! Manchmal wird der Emitter als Eingabe verwendet, manchmal wird er als Ausgabe verwendet, und ich habe das Gefühl, dass einige der Sätze im Text (über die Funktionsweise von ICs) dem widersprechen, was ich in anderen Handbüchern gelernt habe. Ich fühle mich dort '

Kann jemand bitte auf einige Artikel hinweisen, die diese Lücke füllen und mich aufklären würden?

Update: Ich möchte mehr über ihre Arbeit in Anwendungsschaltungen erfahren. Über die "Tiefe des Verständnisses" weiß ich, welche Rolle Elektronen und Löcher bei der Arbeit von Transistoren spielen.

Kaufen Sie dieses Buch The Art of Electronics von Horowitz und Hill (2. Auflage).

Es kostet 20 US-Dollar (was ein Schnäppchen ist). Es ist in Neu-Delhi und sie haben eine Reihe von ihnen. Wenn Sie sich die 1050 Rupie nicht leisten können, lassen Sie sie von mehreren Freunden zusammen kaufen. Dies ist das beste Buch zu diesem Thema, das Sie finden werden.

• Die Kunst der Elektronik (Zweite Ausgabe)
  (ISBN: 0521689171)
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WARNUNG "Es gibt viele davon, die auch in Indien beworben werden. Sie kosten in der Regel das Gleiche oder mehr als von mir empfohlen und sind nicht das Gleiche. Seien Sie vorsichtig. Dies ist das zugehörige Studentenhandbuch von Horowitz und Hayes. Wenn Sie es sich leisten können, es zu kaufen eine dieser AS WELL tun, aber das richtige Lehrbuch bekommt zuerst. Kopie der Arbeitsmappe hier für RS484 einschließlich Porto in Indien.

Möchten Sie eine Theorie darüber erhalten, wie Transistoren auf Halbleiterebene funktionieren? Oder nur praktisches Anwendungsmaterial? Wenn es das erstere ist, kann ich dort nicht viel empfehlen ... es ist furchtbar kompliziertes Zeug und erfordert angeblich zumindest einige Kenntnisse der Quantenmechanik, um es vollständig zu verstehen. Aber in Bezug auf die einfache Verwendung von Transistoren fand ich das Buch Make: Electronics - Learn By Discovery eine schöne Einführung.

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

Darüber hinaus möchte ich nur diese Punkte aus eigener Erfahrung mitteilen: Stellen Sie sich einen Transistor als Schalter vor, bei dem der Widerstand zwischen zwei der "Beine" (Kollektor und Emitter, ODER Drain und Source im Fall eines MOSFET) möglich ist auf der Grundlage eines an den anderen Zweig angelegten Signals (Basis, ODER-Gatter im Fall eines MOSFET) variiert werden. Die Leute sagen, Transistoren "verstärken" ein Signal, und das führt zu dem intuitiven Verständnis einiger Leute. Sie verstärken das Signal zur Basis / zum Gate in dem Sinne, dass die Basis / das Gate den Strom steuert, der durch die anderen beiden Schenkel fließt, aber es muss zunächst von irgendwoher Strom zugeführt werden. Das heißt, sie erzeugen auf magische Weise keinen Strom (oder keine Spannung).

Soooo ... wenn Sie zum Beispiel eine 12-V-Gleichstromversorgung haben, deren Kabel von der Stromversorgung zum Kollektor eines Transistors und dann vom Emitter zu einer Last und dann zur Erde führt ... Ein kleineres Signal (z. B. 5 VDC) steuert den Strom zur Last. In gewissem Sinne kann man also sagen, dass dieses kleinere Signal verstärkt wurde.

Zu anderen Zeiten interessiert Sie kein Gefühl der "Verstärkung". Sie möchten nur, dass etwas ein- oder ausgeschaltet wird, damit Sie binäre Logik implementieren können. Wenn Sie sich "off" als binäre "0" (oder "false") und "on" als binäre "1" (oder "true") vorstellen, können Sie herausfinden, wie Transistoren ein beliebiges Bit digitaler Logik implementieren können .

Wenn Sie über ICs wie 7400, 7402, 7404 usw. sprechen, stellen Sie sich diese als vorgefertigte Transistorbündel vor, die ein bestimmtes Stück Logik implementieren, das Sie als modularen Baustein verwenden können. Sie können ein NAND-Gatter beispielsweise von Hand mit ein paar Transistoren verkabeln. Die Verwendung eines NAND-Gatters der Serie 7400 ist jedoch einfacher, da es bereits für diesen Zweck gebaut wurde. Immer ausgefeiltere ICs verfügen über immer mehr Transistoren, um komplexere Funktionen zu implementieren.

Transister arbeiten bei Verwendung in digitalen Schaltkreisen als elektronische Schalter. Und mit Schaltern können wir Logikgatter erstellen.

Schauen Sie sich das folgende Diagramm an:

Wenn wir + V _DD "ON" und Masse / 0 "OFF" nennen, ist der Ausgang ausgeschaltet, wenn der Schalter geschlossen ist. und wenn der Schalter geöffnet ist, ist der Ausgang eingeschaltet. Wenn wir (wie bei Transistoren, wie wir gleich sehen werden) einen geschlossenen Schalter auf ON stellen, ist diese Schaltung ein Wechselrichter: Wenn der Eingang eingeschaltet ist, ist der Ausgang AUS und umgekehrt.

Wenn wir einen zweiten Eingang in Reihe hinzufügen, haben wir jetzt ein NAND-Gatter:

Da bekannt ist, dass alle logischen Schaltungen nur mit NAND-Gattern aufgebaut werden können , können wir jetzt jede logische Schaltung aufbauen.

So würden die Ersatzschaltbilder mit Transistoren aussehen:

Die Tatsache, dass Computer im Wesentlichen nur einfache Schalter benötigen, erklärt, wie Computer vor Transistoren existierten - sie können mit Vakuumröhren oder Relais oder sogar normalen physischen Schaltern gebaut werden.

Sie können sogar einen funktionierenden Computer aus Redstone oder Zwergen bauen ;)

KPL, ich verstehe Ihre Frustration vollkommen. Es klingt so, als ob das Problem, auf das Sie stoßen, die Frage ist, was im Material des Transistors selbst vor sich geht. Denken Sie daran, dass ein einzelner Transistor einfach ein Schalter ist, der sich als Reaktion auf das Vorhandensein einer Spannung am "dritten" Eingang ein- und ausschaltet. Eine Spannung dort bewirkt, dass der Schalter schließt. Das Fehlen einer Spannung führt zum Öffnen des Schalters. Es gibt auch einen Transistor, der normalerweise geschlossen ist und nur öffnet, wenn eine Spannung anliegt - das ist ein NICHT-Gatter. Alle anderen Gatter (UND, ODER usw.) bestehen aus mehreren Transistoren. Ich entschuldige mich, wenn diese Antwort zu einfach ist, aber ohne zu sehen, was Sie studieren, habe ich ganz unten angefangen. Sie können Ihre Frage überarbeiten, um den verwirrenden Bereich einzugrenzen, und wir werden sehen, ob wir dies direkter angehen können.

Es ist auch wichtig zu verstehen, dass es zwei Typen (NPN und PNP) gibt, die sich unterschiedlich verhalten. Machen Sie den Unterschied zwischen den beiden klar und das könnte sehr hilfreich sein.

Obwohl sie einfach aussehen und der Grundbaustein für nahezu alle elektronischen Schaltungen sind, können Theorie und Verwendung von Transistoren recht komplex werden.
Sobald Sie jedoch einige Grundregeln verstanden haben, können Sie die Feinheiten für die meisten Schaltungen vergessen.
Ich würde empfehlen, sich " The Art of Electronics " (ziemlich alt, aber ein Klassiker) zu schnappen und sich langsam durch die ersten Kapitel zu arbeiten, die der Transistortheorie, verschiedenen Arten von Transistoren und ihren Anwendungen gewidmet sind. Es ist sehr gut geschrieben und gibt viele, viele gute Beispiele.
Es gibt jede Menge Sachen im Web, sei dir bewusst, dass es neben den guten Sachen auch viele nicht so gute Sachen gibt. Wenn Sie anfangen, ist es gut, darauf zu vertrauen, dass Sie dem vertrauen können, was Sie lesen.
Von dem Online-Material sieht All About Circuits von der kleinen Menge, die ich gesehen habe, ziemlich gut aus.
Ich würde empfehlen, dass Sie sich ein paar gute Bücher besorgen, ein Steckbrett / Stripboard, einige NPN / PNP-Transistoren und anfangen zu experimentieren.
Mit SPICE können Schaltkreise simuliert werden. LTSpice ist ein gutes kostenloses Tool. Wenn Sie sich jedoch zu sehr darauf verlassen, versuchen Sie, die Theorie selbst auszuarbeiten und die Schaltkreise tatsächlich aufzubauen.

Ich gehe davon aus, dass Sie nicht gleichzeitig versuchen, die digitalen Logikkonzepte und Transistorschaltungen zu lernen. Wenn Sie jedes einzeln gelernt haben, ist es am hilfreichsten zu wissen, dass ein digitaler Ausgang von '0' oder '1' durch zwei koordiniert wirkende Transistoren erreicht wird, z. B. wenn einer "an" ist und der andere "aus" ist. Dies ermöglicht, dass der Ausgang von der 5-V-Versorgung "angesteuert" wird, wenn der obere Transistor "eingeschaltet" wird, während der untere Transistor "ausgeschaltet" ist, oder dass der Ausgang im unteren Fall vom unteren Transistor auf Masse "gezogen" wird. Der komplexere Teil der Schaltung wird benötigt, um sicherzustellen, dass die Ausgangstransistoren so schnell wie möglich ein- und ausgeschaltet werden, ohne dass sich ihre "Ein" - oder "Aus" -Zeiten überschneiden.

Wenn Sie Zugang zu einigen elektronischen Teilen und grundlegenden Testgeräten haben, würde ich empfehlen, die '04 -Schaltung auf Seite 4 dieses Datenblattes http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74ls04.pdf zu erstellen . Hier ist eine weitere Erklärung basierend auf der '04 Schaltung von der obigen Seite.

Der einzelne Transistor in der Mitte der Schaltung, die die zwei Transistorausgangsstufen speist, wird verwendet, um sicherzustellen, dass die beiden Ausgangstransistoren immer gegenüberliegend ein- oder ausgeschaltet sind. Wenn der mittlere Transistor "aus" ist, wird der untere Ausgangstransistor "ausgeschaltet", während der obere "eingeschaltet" wird, was zu einem logischen "1" -Ausgang führt. Das Gegenteil tritt auf, wenn der mittlere Transistor "eingeschaltet" ist, aber es ist etwas schwieriger zu erkennen, warum. Wenn der mittlere Transistor eingeschaltet ist, sind im Wesentlichen beide Ausgangstransistorbasen miteinander verbunden und befinden sich auf einem Pegel, der hoch genug ist, um den unteren Transistor einzuschalten, aber aufgrund der zusätzlichen Spannung nicht hoch genug, um den oberen einzuschalten fällt in der Ausgangsdiode und im unteren Transistor ab. Der Ausgang hat dann eine logische '0'.

Der schwierigste Teil der Schaltung ist der Eingangstransistor, den Sie als "Manchmal wird der Emitter als Eingang verwendet" beschrieben haben. In diesem Fall ist der Eingangstransistor "aus" und der gesamte Eingangstransistorknoten befindet sich auf dem VCC-Pegel (5 V), wenn nichts an den Eingang angeschlossen ist (oder wenn 5 V an den Eingang angelegt werden), wodurch der mittlere Transistor verursacht wird um "einzuschalten", den oberen Transistor, um "aus" zu schalten, und den unteren Transistor, um "einzuschalten", was dazu führt, dass der Ausgang einen niederohmigen Pfad zur Masse oder den Logikpegel '0' hat.

Wenn der Eingang mit Masse verbunden ist, wird der Eingangstransistor "eingeschaltet", da der Strom durch den 4k-Widerstand an seine Basis angeschlossen ist. Dies zieht die Basis des mittleren Transistors nach Masse, wodurch der mittlere Transistor "aus", der obere Transistor "ein" und der untere Transistor "aus" schaltet, was dazu führt, dass der Ausgang einen niederohmigen Pfad zu VCC aufweist oder Logikpegel '1'.