Транзистор

Когда мы соединяем («спаиваем») 3 полупроводника так, как показано на рис. 123, то получаем транзистор.

Рис. 123. Схема транзистора и его условное обозначение

У транзистора три вывода, которые называются эмиттер, база и коллектор.

Это уникальное по своим возможностям устройство, т.к., транзистор умеет усиливать электрические сигналы.

Если подключить аккумулятор так, как показано на рис. 124, то лампа не загорится, т.к. мы включили транзистор «не в том направлении». Это, действительно, похоже на включенный в обратном направлении диод. На рисунке изображен образовавшийся потенциальный барьер, мешающий прохождению электрического тока.

Рис. 124. Подключение транзистора

Но ситуация поменяется, когда мы подключим между эмиттером и базой маломощный источник. Причем подключим его в прямом направлении. Через транзистор потечет электрический ток и лампа зажжется (рис.125).

          

Рис. 125. Подключение транзистора

 

Произошло следующее: малого тока, текущего через базу и эмиттер, хватило для того, чтобы устранить потенциальный барьер между базой и коллектором, и транзистор открылся.

В этом заключается усилительный эффект транзистора: малого электрического тока достаточно для того, чтоб транзистор стал пропускать большой электрический ток.

Транзисторы бывают разными. В одних соединяются полупроводники n-p-n, как было показано выше, у других – наоборот – p-n-p. Бывают транзисторы, предназначенные для работы с большими токами – до нескольких ампер, бывают маленькие, рассчитанные на слабые токи (зато они имеют большой коэффициент усиления). Но все они имеют по три вывода – базу, коллектор и эмиттер.

Рис. 126. Различные виды транзисторов

Первый усилительный полупроводниковый прибор был создан еще в 1924 г. Лосевым О.В., сотрудником Нижегородской лаборатории Бонч-Бруевича. К сожалению, в те времена ламповые приборы гораздо лучше справлялись со своими задачами и открытие было забыто на многие годы. Лишь в 1948 г. произошло его «переоткрытие».

Маркировка транзисторов (цоколевка). Транзисторов существует великое множество, да еще у каждого есть база, коллектор и эмиттер, которые могут располагаться совершенно по-разному. Для того чтобы не перепутать выводы, существуют справочники, в которых и описывается их расположение. Это описание называется цоколевкой транзистора.

Рис. 127. Примеры цоколевки транзисторов

 Б – база, К – коллектор, Э – эмиттер

Рис. 128. Схема системы управления

Теперь, зная, как работают диоды и транзисторы, перейдем к рассмотрению работы системы управления. Схема состоит из двух одинаковых частей – для левого и правого двигателей, поэтому ограничимся рассмотрением лишь одной из них. На нашей схеме элемент Rф обозначает

либо фототранзистор,либо фотодиод, либо фоторезистор – некий элемент, у которого при попадании света уменьшается сопротивление.

Схема состоит из двух частей – усилителя на транзисторе КТ3102 и ключа – транзистора КТ829.

Работает она так: когда фотоэлемент R_ф не освещен, сопротивление его велико, ток через него не течет. Когда же на него попадает свет, то сопротивление уменьшается и через него начинает течь ток.

Через подстроечный резистор R2 ток течет на базу транзистора Т1. Транзистор Т1 (КТ3102) имеет большой коэффициент усиления. Этого слабого тока достаточно для того, чтобы транзистор открылся и стал пропускать через себя уже более серьезный ток.

У этого транзистора большой коэффициент усиления – от 100 до 500, т.е. через его коллектор может пройти ток, который в 100 или 500 раз больше, чем ток, поступающий от фотодатчика на базу. Так работает усилительный каскад.

К сожалению, пропускаемого через Т1 тока не хватит для того, чтобы завести электродвигатель (максимум, что можно получить из этого транзистора – 100 мА (0.1 Ампера), тогда как двигателю нужно около 500 мА.

Для этого и делается вторая часть – ключ.

Тока усилителя хватает для того, чтобы открыть ключевой транзистор – Т2. Транзистор Т2 (КТ829) – это уже «серьезное» устройство, которое может пропускать ток уже в несколько ампер, чего с лихвой хватает для нашего двигателя. Когда транзистор Т2 открывается, через него и двигатель начинает течь электрический ток, т.е. двигатель запускается.

Когда же количество света, попадающего на R_ф уменьшается, то его сопротивление начинает возрастать, ток через R_ф уменьшается, уменьшается ток через Т1 и, соответственно, уменьшается ток, пропускаемый транзистором Т2. Двигатель начинает вращаться медленнее.

Таким образом, эта схема заставляет двигатель вращаться со скоростью, определяемой освещенностью фотоэлемента.

Рис. 129. Схема включения ограничивающих резисторов

Рис. 130. Условные обозначения резисторов