Электроника для начинающих (2-е издание)

Демонстрация переключения кончиком пальца безопасна, если электрический ток проходит только через ваш палец. Вы даже не ощутите его, потому что напряжение батареи всего 9 В. Но гораздо опаснее, если вы коснетесь одного провода пальцем одной руки, а второго – пальцем другой руки. В результате электрический ток потечет через ваше тело. И хотя в этой схеме ток очень слабый и не представляет для вас реальной угрозы, никогда не следует дотрагиваться до электрических цепей одновременно двумя руками. Кроме того, если вы касаетесь проводов, не допускайте, чтобы они пронзали вашу кожу. Это также означает, что вы не должны прикладывать напряжение к любым металлическим украшениям, закрепленным в вашем теле.

Принцип действия сенсорного выключателя

Взгляните на рис. 2.91, где показаны только активные соединения внутри макетной платы и скрыты незадействованные в этом эксперименте. Обратите внимание на то, что нижний вывод транзистора соединен через макетную плату со светодиодом, а затем через резистор номиналом 470 Ом с отрицательной шиной. Таким образом, через транзистор к светодиоду может течь достаточный ток.

Рис. 2.91. Макетная плата сенсорного выключателя (показаны внутренние проводники)

Откуда же взялся этот ток? Небольшой ток прошел через кожу вашего пальца к центральному выводу транзистора. Но его явно недостаточно, чтобы зажечь светодиод.

Существует только одно подходящее объяснение. У транзистора есть еще третий вывод, изображенный сверху, который подключен к положительной шине питания. Электрический ток поступает в транзистор через этот вывод. А затем каким-то образом этот поток электричества управляется небольшим током, который поступает через ваш палец в центральный вывод транзистора. Сказанное иллюстрирует рис. 2.92.

Рис. 2.92. Принцип действия n-p-n-транзистора

Кстати, этот эффект сильно отличается от поведения конденсатора, которое вы наблюдали в предыдущем эксперименте. Конденсатор пропускал только короткий импульс электрического тока. Транзистор управляет непрерывно протекающим током.

Разновидности транзисторов

Компонент, который вы использовали в рассмотренном эксперименте – это биполярный транзистор. Он существует в двух вариантах: n-p-n и p-n-p. Транзистор n-p-n-структуры, с которым вы только что экспериментировали, образован тремя слоями кремния, из которых два n-слоя имеют избыток носителей отрицательного заряда. Третий слой, расположенный между первыми двумя, является p-слоем с избытком носителей положительного заряда. Я не буду вдаваться в подробности и рассказывать о физических процессах, происходящих в транзисторе. В этой книге гораздо важнее выяснить, что именно делает транзистор, а не привести теорию, которая объясняет его функционирование. Интересующие вас теоретические сведения можно самостоятельно отыскать в любой технической книге или в онлайн-источниках.

Три вывода биполярного n-p-n-транзистора называются «коллектором», «базой» и «эмиттером» (рис. 2.93).

Когда база n-p-n-транзистора оказывается немного более положительной, чем эмиттер, ток от положительного полюса источника питания поступает через коллектор и выходит через эмиттер. В этом случае очень слабый ток, поступающий в базу транзистора, может управлять более сильным током, проходящим через коллектор.

Рис. 2.93. Расположение трех выводов биполярного n-p-n транзистора в пластиковом (слева) и в металлическом (справа) корпусе

Транзистор p-n-p-типа работает противоположным способом. Ток поступает через эмиттер и выходит через коллектор к отрицательному полюсу источника, когда база немного отрицательнее, чем эмиттер. Транзисторы p-n-p-типа иногда оказываются более удобными, но они встречаются реже. Я не буду использовать их в книге.

Четыре варианта условного обозначения n-p-n-транзистора показаны на рис. 2.94. Все они функционально идентичны. Буквы С, В и Е соответствуют выводам коллектора, базы и эмиттера.

Четыре варианта условного обозначения p-n-p-транзистора приведены на рис. 2.95. Они тоже взаимозаменяемы.

Рис. 2.94. Варианты обозначений n-p-n-транзистора

Рис. 2.95. Варианты обозначений p-n-p-транзистора

Символы транзисторов p-n-p- и n-p-n-типа легко перепутать, но есть простой способ запомнить правильный вариант. Стрелка в символе n-p-n-транзистора указывает наружу и никогда внутрь[8]. Поэтому можно считать, что обозначение n-p-n является сокращением фразы never pointing in («никогда не указывает внутрь»).

Добавляем потенциометр