A diódákról szóló fejezet után a tranzisztorok kerülnek terítékre….
Húha. Ez egy nagy falat lesz, így csak nehogy a torkodon akadjon! Szóval jól megrágni, kis darabokban lenyelni…
NPN és a PNP tranzisztorok
A tranzisztoroknak számos típusa létezik – ebben a fejezetben az egyik leggyakoribb, ún. bipoláris tranzisztort vizsgáljuk meg. Ezek sematikus rajza így néz ki (Forrás: Wikipedia):
A tranzisztor három kivezetéssel bír, úgymint bázis (Base), kollektor (Collector) és emitter (Emitter). A konvencionális megközelítés szerint az áram a pozitív oldal felől a negatív irányba folyik, így az NPN tranzisztor könnyen megtanulható:
- a kollektor: gyűjtő – más néven itt gyűlik az áram. Ez a láb szedi össze az áramot és innen áramlik a tranzisztorba,
- az emitteren keresztül áramlik ki az áram a föld (GND vagy 0V) irányába,
- a bázis a vezérlőláb, ez határozza meg, hogy a tranzisztor mit tegyen.
Szóval mit lehet tenni a tranzisztorral?
Először legyen a tranzisztor mondjuk: erősítő. A bázisára 1 mA áramot csorgassunk és a kollektor emitter közt folyjon a felerősített áram. Egy tranzisztor erősítése 50x és 500x közt lehet, típustól és kialakítástól függően: azaz 50..500 mA közt várható az eredmény!
Fontos! Nem az írtam, hogy ennyit generál a tranzisztor, hanem ha a kollektor és az emitter közt feszültségkülönbség van, akkor a bázisáram ennyiszerese folyhat maximum keresztül rajta a kollektor és az emitter közt (Persze túllépve a működési határt a tranzisztor megsül)! Ami fontos, az a bázisba befolyó és a kollektor-emitteren átfolyó aránya!
Ez a dolog nem ennyire egyszerű: Mégis hogyan értendő az, hogy ennyi áram folyik keresztül valamin? Ez még a vízanalógia esetén sem működik, hogy ennyit kényszerítünk át a szűkületen! Víz esetén is csak a nyomásra (magasságra, azaz villamosan: feszültségre) van hatásunk! Ezért fontos azt tisztázni, hogy ez az „átfolyatható áram” ez egy maximális érték, azaz határérték! A tranzisztorok hálátlan, érzékeny dögök (na jó: jószágok). Egy pici határérték túllépés és azonnal megemelik a kalapjukat és kijön belőlük a működtető füst.
Nem olyan egyszerű dolog valójában az áram pontos szabályozása. Hiszen az ATMega chipen mit is csinálunk? Ki-/bekapcsoljuk a kivezetést/lábat illetve magas vagy alacsony feszültségszintre rakjuk! De hogyan lesz a feszültségből áram?! – Ezt mondja ki az Ohm törvénye. Azaz használjunk ellenállást!
A legegyszerűbb tranzisztoros áramkör
A bemenetre feszültséget kapcsolva (GND és In közé), az R1 ellenálláson át megindul az áram. Ez persze nem nőhet az égig, mivel az ellenállás korlátozza. A kollektor és a tápfeszültség közé is egy ellenállás került, mert a tranzisztorral mégsem célunk a tápfeszültség és a GND rövidrezárása. Az ellenállás itt is határoló szerepet tölt be.
De mekkora ez a limit? Ezt természetesen a feszültség és az ellenállás határozza meg. De nézzük, hogyan:
- A „+” feszültség a szokásos 3.3V vagy 5V. A példánkban legyen 3.3V (és a GND a 0V),
- A bemeneten (In) ideális esetben 0V vagy 3.3V lesz,
- Az R1 ellenállás 1000 Ω,
- Az R2 ellenállás 100 Ω.
A maximális áram, ami a bázison át folyik, nem lehet több az ellenállás miatt, mint 3.3 mA (az Ohm-törvény alapján: I= U/R, azaz I= 3.3V / 1000Ω = 3.3mA)
A maximális áram a kollektor és az emitter közt akkor folyik, ha rövidzárként kapcsoljuk. Ez a 100Ω ellenállás miatt azonban – hiszen a tápfeszültség 3.3V: 33mA.
Fontos! A méretezéskor a legrosszabb eset elvét követtük (worst case). Így a tranzisztorunk minden körülmények közt életben marad.
Az elméleti tranzisztor így viselkedik. Azonban a gyakorlati egy picit másképpen mutat. Az eddigi 3.3mA bázisáram illetve 33mA kollektoráram az NPN tranzisztoron egyszerűen bemutatható volt.
De nézzünk meg a gyakorlatban…
Mi történik, ha a bemeneten 0V (GND) van?
- A bázison át nem folyik áram,
- Amíg a tranzisztor erősítőként működik, a bázison befolyó 0mA-t hiába erősíti, 0mA kollektoráram marad,
- A kollector és emitter közt úgy viselkedik, mintha szakadás lenne,
- Az R2-n nem folyik áram,
- A feszültség az ohm törvény alapján az R2-n 0V (U= I x R = 0V x 100Ω = 0mA),
- A kimeneten 3.3V van, mint ahogyan az R2 túloldalán is.
Mi történik, ha a bemenetre 3.3V-ot kapcsolunk:
- Áram folyik az R1-en át,
- Jó nagy áram folyik át a kollektortól az emiter felé,
- A kollektor-emitter többé-kevésbé rövidzárként viselkedik,
- Ez azt jelenti, hogy a kimeneten közel 0V jelenik meg.
Sikerült előállítanunk ezzel egy jelfordítót, mert ha a bemeneten 3.3V van, a kimeneten 0V és fordítva: ha a bemeneten 0V, a kimeneten 3.3V!
Mondtam, hogy ez nagy falat. A következő leckében további boncolásra kerül a valódi trazisztor…
Egyszerű elektronika – Tartalomjegyzék
- Egyszerű elektronika – Kezdőlap
- Energia
- Elem
- 3.3V vagy 5V
- Ellenállás
- Kondenzátor
- Kondenzátor, kapacitás és szuperkapacitás
- Dióda
- LED – Fénykibocsátó Dióda
- Tranzisztor I.
- Tranzisztor II.
- Tranzisztor alkalmazások I.
- Tranzisztor alkalmazások II.
- Tranzisztor alkalmazások III.
- MOSFET I. rész
- MOSFET II. rész
- Felhúzó-ellenállás
- DHT11, DHT22 hőmérséklet- és páraszenzor
Kapcsolódó cikkek:
– Tranzisztor alkalmazások III.
– Tranzisztor alkalmazások II.
– Tranzisztor alkalmazások I.
– Tranzisztor II.
– LED – Fénykibocsátó Dióda
