O 'hiato' entre a compreensão dos transistores e sua aplicação em circuitos reais

Como eles funcionam? Estou no último ano do ensino médio e tenho eletrônicos como assunto. Estou realmente interessado em entender isso e também em eletrônicos na faculdade. Mas agora isso parece um sonho distante, com minha fraca compreensão sobre "como os transistores funcionam" e suas "aplicações reais em circuitos". Li vários guias on-line e, depois de terminá-los, sinto que aprendi a maioria, mas quando começo a estudar sobre o portão TTL NOT (IC 7404) e alguns outros (como 7402, 7400) que fazem parte do meu curso, e que é baseado no trabalho dos transistores, não recebo nada! Às vezes, o emissor é usado como entrada, às vezes, como saída e sinto que algumas das frases do texto (sobre o funcionamento dos CIs) contradizem o que aprendi em outros guias. Eu sinto lá

Alguém pode apontar alguns artigos que preenchem essa lacuna e me esclarecem?

Atualização: eu gostaria de aprender sobre o trabalho deles em circuitos de aplicativos. Sobre a 'profundidade da compreensão', eu sei qual o papel que elétrons e buracos desempenham no trabalho do transistor.

Compre este livro The Art of Electronics de Horowitz and Hill (2ª edição).

Custou US $ 20 (o que é uma pechincha). É em Nova Deli e eles têm vários deles. Se você não puder pagar a Rúpia 1050, faça com que vários amigos comprem juntos. Este é o melhor livro sobre o assunto que você encontrará.

• The Art of Electronics (Second Edition)
  (ISBN: 0521689171)
  Paul Horowitz, Winfield Hill
  Livreiro: BookVistas (Nova Deli, DEL, Índia)
  Classificação do Livreiro:
  Quantidade Disponível:> 20

AVISO " Muitos deles também são anunciados na Índia. Eles custam normalmente o mesmo ou mais do que eu recomendei e não são os mesmos. Tome o devido cuidado. Este é o manual do aluno associado de Horowitz e Hayes. Se você puder comprar um destes BEM fazê-lo, mas obter o livro adequado primeiro. Cópia de livro aqui para Rs484 incluindo porte na Índia.

Você quer uma teoria de como os transistores funcionam no nível de semicondutores? Ou apenas coisas práticas de aplicação? Se for o primeiro, não tenho muito o que recomendar por lá ... são coisas terrivelmente complicadas e, supostamente, requer pelo menos algum conhecimento da Mecânica Quântica para entender completamente. Mas, em termos do simples uso de transistores, achei o livro Make: Electronics - Learn By Discovery uma boa introdução.

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

Além disso, compartilharei esses pontos de minha própria experiência: Pense em um transistor como um interruptor, onde a resistência entre duas das "pernas" (coletor e emissor, OU drene e fonte no caso de um MOSFET) pode variar com base em um sinal aplicado à outra perna (base ou porta no caso de um MOSFET). As pessoas dizem que os transistores "amplificam" um sinal, e isso é enganoso para a compreensão intuitiva de algumas pessoas. Eles amplificam o sinal para a base / porta no sentido de que a base / porta controla a corrente que flui através das outras duas pernas, mas é necessário que haja energia em algum lugar em primeiro lugar. Ou seja, eles não fabricam magicamente corrente (ou tensão).

Soooo ... se você tem, por exemplo, uma fonte de alimentação de 12VDC, com um cabo que vai da fonte de alimentação, para o coletor de um transistor, e então um cabo do emissor para uma carga e depois aterra ... um sinal menor (em, digamos, 5VCC) controla a corrente da carga. Então, de certa forma, você pode dizer que esse sinal menor foi amplificado.

Em outros momentos, você realmente não se importa com nenhum senso de "amplificação". Você quer apenas algo para ativar ou desativar, para implementar a lógica binária. Portanto, se você pensar em "off" como um binário "0" (ou "false") e "on" como um binário "1" (ou "true"), poderá descobrir como os transistores podem implementar qualquer bit arbitrário da lógica digital .

Quando você começar a falar sobre ICs como o 7400, 7402, 7404 etc., pense neles apenas como pacotes pré-empacotados de transistores que implementam um pouco específico de lógica, que você pode usar como um bloco de construção modular. Você pode conectar um portão NAND, por exemplo, manualmente com alguns transistores. Porém, o uso de uma porta NAND da série 7400 é mais simples porque já foi criada para esse fim. CIs progressivamente mais sofisticados apresentam cada vez mais transistores para implementar funções mais complexas.

Os transistores, quando usados ​​em circuitos digitais, funcionam como interruptores eletrônicos. E com os switches, podemos criar portas lógicas.

Veja o diagrama a seguir:

Se chamarmos + V _DD "ON" e terra / 0 "OFF", quando o interruptor estiver fechado, a saída será OFF; e quando o interruptor está aberto, a saída está ligada. Se (como os transistores, como veremos em um minuto) ligarmos para um interruptor fechado, esse circuito é um inversor: quando a entrada está ligada, a saída está desligada e vice-versa.

Se adicionarmos uma segunda entrada em série, agora temos um portão NAND:

Como é sabido que todos os circuitos lógicos podem ser construídos usando apenas portas NAND , agora temos a capacidade de construir qualquer circuito lógico.

Aqui está como seriam os circuitos equivalentes usando transistores:

O fato de os computadores não exigirem nada além de simples interruptores explica como os computadores existiam antes dos transistores - eles podem ser construídos usando tubos de vácuo , relés ou até interruptores físicos normais.

De fato, você pode até construir um computador que funcione com redstone ou anões ;)

KPL, eu entendo completamente sua frustração. Parece que o problema que você está enfrentando é a questão do que está ocorrendo dentro do material do próprio transistor. Lembre-se de que um único transistor é simplesmente um interruptor que liga e desliga em resposta à presença de tensão na sua "terceira" entrada. Uma tensão lá faz com que o interruptor feche. A falta de tensão faz com que o interruptor seja aberto. Há também um transistor que normalmente é fechado e só é aberto quando uma tensão está presente - esse não é um portão. Todos os outros portões (AND, OR, etc.) são constituídos por múltiplos transistores. Peço desculpas se essa resposta é muito simplista, mas sem ver o que você está estudando, comecei perto do fundo. Você pode revisar sua pergunta para diminuir a área confusa e veremos se podemos resolver isso mais diretamente.

Além disso, é vital entender que existem dois tipos (NPN e PNP) que se comportam de maneira diferente. Endireite para si mesmo a diferença entre os dois e isso pode ajudar muito.

Embora pareçam simples e constituam o alicerce básico de quase todos os circuitos eletrônicos, a teoria e o uso de transistores podem se tornar bastante complexos.
No entanto, depois de entender algumas regras básicas, você pode esquecer os pontos mais delicados da maioria dos circuitos.
Eu recomendaria pegar " The Art of Electronics " (bastante antigo, mas clássico) e trabalhar lentamente nos primeiros capítulos, que são dedicados à teoria dos transistores, diferentes tipos de transistores e suas aplicações. Está muito bem escrito e oferece muitos e bons exemplos.
Há muitas coisas na Web, lembre-se de que, junto com as coisas boas, há muitas coisas não tão boas. Quando você está começando, é bom ter confiança de que você pode confiar no que está lendo.
Do material on-line All About Circuits parece muito bom com a pequena quantidade que eu já vi.
Eu recomendaria que você arranjasse alguns bons livros, uma tábua de pão / stripboard, alguns transistores NPN / PNP e comece a experimentar.
O SPICE pode ser usado para simular circuitos, o LTSpice é uma boa ferramenta gratuita. Porém, cuidadoso em confiar muito nisso, tente elaborar a teoria e construir os circuitos.

Presumo que você não esteja tentando aprender os conceitos de lógica digital e os circuitos de transistor ao mesmo tempo. Depois de aprender cada um separadamente, é mais útil saber que uma saída digital de '0' ou '1' é alcançada por dois transistores que agem de maneira coordenada, como quando um está "ligado", o outro está "desligado". Isso permite que a saída seja "acionada" pela fonte de 5V quando o transistor superior for "ligado" enquanto o transistor inferior estiver "desligado" ou permite que a saída seja "puxada" para o terra pelo transistor inferior na caixa oposta. A parte mais complexa do circuito é necessária para garantir que os transistores de saída sejam ligados e desligados o mais rápido possível, sem sobrepor seus tempos de "ligado" ou "desligado".

Se você tiver acesso a algumas peças eletrônicas e equipamentos básicos de teste, recomendo a construção do circuito '04 na página quatro desta folha de dados http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74ls04.pdf . Aqui está uma explicação adicional baseada no circuito '04 da página acima.

O único transistor no meio do circuito que alimenta o estágio de saída de dois transistores é usado para garantir que os dois transistores de saída estejam sempre ligados ou desligados opostos um ao outro. Quando o transistor do meio está "desligado", o transistor de saída inferior é "desligado", enquanto o transistor de saída é "desligado", resultando em uma saída lógica '1'. O oposto ocorre quando o transistor do meio está "ligado", mas é um pouco mais difícil perceber o porquê. Essencialmente, quando o transistor do meio está "ligado", as duas bases dos transistores de saída são conectadas juntas e estão em um nível alto o suficiente para ligar o transistor inferior, mas não alto o suficiente para ligar o transistor superior, devido à tensão extra cai no diodo de saída e no transistor inferior. A saída é então na lógica '0'.

A parte mais complicada do circuito é o transistor de entrada que você descreveu como "Às vezes o emissor é usado como entrada". Nesse caso, se nada estiver conectado à entrada (ou se 5V for aplicado à entrada), o transistor de entrada estará "desligado" e todo o nó do transistor de entrada estará no nível VCC (5v), causando o transistor do meio para ligar "", o transistor superior para "desligar" e o transistor inferior para "ligar" resultando na saída com um caminho de baixa impedância para o terra ou no nível lógico '0'.

Se a entrada estiver conectada ao terra, o transistor de entrada será "ligado" porque a corrente através do resistor de 4k está conectada à sua base. Isso puxa a base do transistor do meio para o terra, fazendo com que o transistor do meio seja "desligado", o transistor superior seja "ligado" e o transistor inferior seja "desligado", resultando na saída com um caminho de baixa impedância para o VCC ou nível lógico '1'.