Где используются транзисторы. Транзисторы в современной электронике: где используются и как работают

Попробуй!

• Напишите эссе об электронном устройстве, которое больше всего изменило вашу жизнь.
• Изучите размер современного индивидуального транзистора. Узнайте, как изготавливается такой маленький предмет и как им манипулируют.
• Проведите «День без транзисторов». Откажитесь от как можно большего количества электронных устройств за один день. Затем обсудите, как изменилась ваша жизнь за эти 24 часа.
• Насколько маленьким может стать транзистор? Есть ли предел? Изучите текущие исследования по этим вопросам и сообщите о своих выводах.
• Работайте в группах над созданием электронного устройства, которое решает повседневную проблему.

Эти учебные материалы стали возможными благодаря гранту Фонда Lucent Technologies, и их можно копировать для некоммерческого использования в образовательных целях.

Чтобы заказать видео, позвоните в PBS Learning Media по телефону 1-800-344-3337.

-PBS Online- -Сайт Кредиты- -Фото Кредиты- -Отзывы-

Авторское право 1999 г., ScienCentral, Inc. и Американский институт физики. Нет часть этого веб-сайта может быть воспроизведена без письменного разрешения. Все права защищены.

18 Примеры транзисторов в повседневной жизни — StudiousGuy

Транзистор представляет собой электронный компонент с тремя выводами, изготовленный из полупроводникового материала, который в основном используется для управления потоком тока через электронную схему. Способность транзисторов управлять протеканием тока в цепи делает их подходящими для приложений, где обычно требуется переключение, ограничение сигналов, усиление или регулирование напряжения. Транзисторы можно разделить на три категории, а именно: биполярные транзисторы или BJT, полевые транзисторы или FET и биполярные транзисторы с изолированным затвором или IGBJT. Некоторые из выдающихся преимуществ транзисторов включают компактный размер, меньшую стоимость, низкую механическую чувствительность, длительный срок службы и высокую эффективность. Также транзисторы не работают при очень высоких напряжениях, из-за чего у них значительно меньшее энергопотребление и более высокая скорость переключения. Транзисторы также имеют определенные недостатки, например, они имеют ограниченную подвижность электронов и не могут справиться с любым типом помех, создаваемых космическим излучением. Это может привести к тому, что устройства легко сломаются в случае электрических и тепловых явлений.

Указатель статей (Щелкните, чтобы перейти)

Существует ряд повседневных приложений, использующих транзисторы для управления и выполнения своих основных операций. Некоторые из них перечислены ниже:

1.

Усиление — это процесс, благодаря которому мощность слабого сигнала может быть поднята до определенного уровня. В большинстве схем усилителей в качестве основного компонента используются транзисторы для увеличения силы входного сигнала при одновременном сохранении целостности информации или данных, которыми он обладает. Транзистор — это электронное устройство, которое обычно работает как усилитель, когда на его переход эмиттер-база подается постоянное напряжение смещения. Напряжение смещения постоянного тока имеет тенденцию поддерживать состояние прямого смещения транзистора независимо от отрицательной или положительной полярности входного сигнала. Из-за высокого входного и низкого выходного сопротивления схемы ток эмиттера и ток коллектора имеют тенденцию протекать через нагрузочный резистор и приводят к большому падению напряжения на нагрузочном резисторе. Это означает, что даже небольшое изменение входного сигнала вызывает значительное изменение выходного сигнала, тем самым усиливая входной сигнал. Усилительные свойства транзисторов можно использовать в исследовательских лабораториях, звуковых системах, анализе и реконструкции сигналов, а также в различных других связанных приложениях.

2. Микрофоны

Микрофоны являются классическим примером устройств повседневного использования, в которых для основной работы используются транзисторы. Различные микрофоны, такие как конденсаторный микрофон, обычно используют электронную схему, которая имеет тенденцию выполнять изменение импеданса путем преобразования механических волн в электрический сигнал. Для этого обычно во внутреннюю схему микрофонов встраивают полевые транзисторы. Капсула конденсаторного микрофона обычно действует как преобразователь, который улавливает звуковые волны в качестве входного сигнала, пропускает их через процессор и создает выходной сигнал, который электрически усиливается и обрабатывается. Высокое сопротивление является одной из основных характеристик выходного аудиосигнала, передаваемого конденсаторным капсюлем, что приводит к протеканию через цепь значительно низкого тока. Чтобы сбалансировать это, на выходе микрофонов подключены полевые транзисторы или полевые транзисторы. Затворы полевых транзисторов имеют чрезвычайно высокое значение импеданса, в то время как импеданс на стоке полевых транзисторов сравнительно мал. По этой причине ток, протекающий в цепи, имеет тенденцию проходить через сток транзистора. Сигнал высокого импеданса от капсюля конденсаторного микрофона, поступающий на входной терминал полевого транзистора, претерпевает значительное снижение значения импеданса и используется для модуляции сигнала с низким импедансом на его выходе. Наконец, сигнал с выхода полевого транзистора поступает на выходную цепь микрофона. Сигнал проходит через микрофонный кабель к микрофонному предусилителю и производит усиленный выходной звуковой сигнал.

3. Генераторные цепи

Основное назначение колебательных цепей — создание непрерывных, периодических и незатухающих выходных сигналов. Другими словами, схема генератора в основном преобразует однонаправленный поток тока от источника постоянного тока в переменный сигнал. Частота переменного сигнала, генерируемого генератором, обычно зависит от стоимости электронных компонентов, встроенных в схему. Транзистор можно спроектировать так, чтобы он производил непрерывные незатухающие колебания определенной частоты, правильно подключив его к резервуару и цепи обратной связи, поэтому схемы генератора являются еще одним примером приложений, в которых используются транзисторы.

4. Электронный переключатель

Одним из наиболее известных применений транзисторов является переключение. Транзистор в основном имеет четыре области работы, а именно: активную, насыщенную, отсечку и активную в прямом направлении. Чтобы транзистор действовал как переключатель, обычно используются области насыщения и отсечки транзистора. Это связано с тем, что при работе транзистора в области насыщения значение тока максимально, а уровень напряжения равен нулю. Точно так же, когда транзистор работает в области отсечки, значение тока равно нулю, а значение напряжения максимально. Работа транзистора в области насыщения и отсечки напоминает работу соответственно замкнутого и разомкнутого ключа. Транзистор, работающий в качестве переключателя, как правило, не производит шума, и скорость операции переключения, обеспечиваемая транзистором, довольно высока. Кроме того, транзисторные переключатели не имеют механических частей, поэтому существует меньше шансов выхода устройства из строя из-за износа. Другими преимуществами использования транзисторов в качестве переключателей являются компактные размеры, малый вес, низкая стоимость изготовления, минимальные затраты на техническое обслуживание и т. д.

5. Проигрыватели компакт-дисков

Компакт-диск обычно содержит несколько участков и ям. Свет, излучаемый источником света, встроенным во внутреннюю схему проигрывателя компакт-дисков, направлен на поверхность компакт-диска. Свет отражается обратно под определенными углами при попадании на участки и ямки диска. Фототранзистор, встроенный в схему, в основном предназначен для сбора и восприятия отраженного света и преобразования его в форму электрического сигнала. Проигрыватели компакт-дисков обычно предпочитают фототранзисторы фотодиодам для их основных операций. Это связано с тем, что фототранзисторы обладают многочисленными преимуществами, такими как большая чувствительность к световому сигналу, способность работать как с напряжением, так и с током, более высокая скорость отклика, меньшая реактивность и более высокая устойчивость к помехам или шумовым сигналам. Кроме того, фототранзистор допускает протекание тока большей величины через цепь по сравнению с фотодиодом.

6. Транзисторные ЛАЗЕРЫ

Транзисторный лазер был впервые продемонстрирован в 1947 году американским инженером Джоном Бардином и американским физиком Уолтером Х. Браттейном. Транзисторный лазер — это, по сути, когерентный источник света, который предлагает высокосфокусированный, одноцветный и направленный свет, который можно использовать как для связи на дальних, так и на коротких расстояниях. Транзисторный лазер также известен как светоизлучающий транзистор. Транзисторная лазерная связь обеспечивает значительно более высокую скорость передачи данных, высокий уровень безопасности и меньшую вероятность потери данных. Кроме того, транзисторные лазеры намного быстрее по сравнению с диодными лазерами.

7. Усилитель ночного видения

Ночное видение — это технология, которая помогает человеку визуализировать окружение в абсолютно темной среде и имеет тенденцию улучшать визуальные впечатления в области с тусклым или малоинтенсивным освещением. Применение технологии ночного видения можно легко наблюдать в операциях по обороне, безопасности и наблюдении, осмотре места преступления, горнодобывающей промышленности и т. Д. Две основные технологии, используемые для обеспечения ночного видения, называются тепловизором и обычным видением. Работа устройств усилителей ночного видения, использующих либо тепловидение, либо традиционное зрение, включает передачу инфракрасного излучения в окружающую среду, сбор световых излучений, которые отражаются после удара о поверхность объектов, присутствующих в окружении, с помощью схемы детектора. и передача сигнала на транзисторы. Транзисторы, как правило, усиливают принимаемое световое излучение и помогают улучшить видимость. Традиционная или обычная технология видения не может работать должным образом в полной темноте, поэтому в большинстве случаев тепловизионные устройства для улучшения зрения предпочтительнее обычных устройств для улучшения зрения.

8. Слуховой аппарат  

Слуховой аппарат – еще один гаджет, демонстрирующий использование транзисторов в реальной жизни. Микрофон, встроенный в слуховой аппарат, в первую очередь принимает звуковые сигналы из окружающей среды и преобразует их в форму электрического сигнала. Этот электрический сигнал дополнительно подается на транзистор, который помогает усиливать, сглаживать и фильтровать исходный сигнал, тем самым улучшая звуковые характеристики входного сигнала. Использование транзисторов в слуховых аппаратах выгодно, поскольку они компактны, легки и работают при низких значениях тока и напряжения.

9.

Можно легко изготовить детектор дыма, разместив электронные компоненты, а именно, датчик дыма, резистор, потенциометр, блок питания, транзистор, светодиод и зуммер на печатной плате или макетная плата согласно принципиальной схеме цепи детектора дыма. Инструменты, необходимые для изготовления схемы, включают в себя паяльник, проволоку для пайки, кусачки для проводов и проволочные перемычки. Каждый электронный компонент, используемый в схеме, имеет свое собственное назначение и значение. Например, светодиод и зуммер подключены к выходу цепи и используются для индикации наличия дыма в помещении, тем самым сигнализируя о возгорании. Датчик дыма подключается к входной стороне цепи для контроля и наблюдения за значениями температуры и влажности окружающей среды и преобразования входного сигнала в аналоговый или цифровой электрический сигнал для дальнейшей обработки. Потенциометр служит для калибровки цепи. Точно так же транзистор используется в схеме детектора дыма для установки порогового уровня и для контроля или управления работой схемы в соответствии с требованиями пользователя. Как правило, в схемах обнаружения дыма предпочтительны транзисторы типа NPN, поскольку основными носителями заряда транзистора NPN являются электроны, а электроны обладают большей подвижностью, чем дырки. Минимальное значение напряжения, необходимое транзисторам для срабатывания, примерно равно 0,7 вольта. Работа системы обнаружения дыма довольно проста. Он использует схему делителя напряжения, которая применяется к базе транзистора. Когда датчик дыма обнаруживает наличие дыма в окружающей среде, наблюдается значительное снижение его внутреннего сопротивления. Это уменьшение значения сопротивления вызывает падение напряжения. В результате значение напряжения на базе транзистора увеличивается. Когда значение напряжения пересекает отметку 0,7 вольта, транзистор срабатывает и включает светодиод и зуммер.

10. Инфракрасные приемники или приемники невидимого света

Инфракрасный приемник или инфракрасный датчик — это электронное устройство, которое принимает инфракрасное излучение, испускаемое объектами, присутствующими в окружающей среде, в качестве входных данных, манипулирует и анализирует сигнал, пропуская его через блок обработки и формирует выходной сигнал, соответствующий входному. Затем выходные данные представляются на устройстве вывода, как правило, в виде изображений, тепловых карт или статистических данных. Электронные компоненты, обычно необходимые для создания инфракрасного датчика, включают светодиоды, инфракрасные светодиоды, резисторы, соединительные провода и транзисторы. Первым шагом при изготовлении инфракрасного датчика является размещение и встраивание электронных компонентов на печатную плату в соответствии с принципиальной схемой. Следующим шагом является пайка компонентов, чтобы зафиксировать их положение в соответствии с принципиальной схемой. Последний шаг включает в себя завершение схемы путем создания дорожек на печатной плате с помощью припоя или соединения компонентов с помощью перемычек. В схеме инфракрасного датчика используются транзисторы типа NPN и PNP. Клемма коллектора транзистора NPN должна быть подключена к клемме базы транзистора PNP. Инфракрасный светодиод подключен к базе NPN-транзистора через резистор, а другой инфракрасный светодиод подключен между анодным выводом предыдущего инфракрасного светодиода и эмиттерным выводом NPN-транзистора. Для отображения выходного сигнала к выводу коллектора PNP-транзистора через резистор подключается светоизлучающий диод. Когда инфракрасное световое излучение, испускаемое инфракрасным светодиодом, попадает на поверхность объектов, присутствующих в окружении, часть излучения отражается обратно. Отраженный свет вызывает протекание тока небольшой величины через инфракрасный светоизлучающий диодный детектор. Когда значение или величина тока превышают 0,7 вольта, транзисторы активируются и загорается выходной светодиод. Использование транзистора в схеме инфракрасного датчика делает его более экономичным, компактным и легким, чем другие инфракрасные датчики. Кроме того, уровень чувствительности инфракрасных датчиков на основе транзисторов значительно выше. Инфракрасные приемники также известны как приемники невидимого света, поскольку световое излучение, излучаемое инфракрасными светодиодами, невидимо для человека невооруженным глазом. Некоторые из известных приложений, в которых используются инфракрасные датчики, включают инфракрасные термометры, инфракрасные обогреватели, инфракрасное оборудование для приготовления пищи, инфракрасные камеры и инфракрасные лампы.

11. Автоматический ночник

В конструкции автоматических ночников часто используются транзисторы. Такие лампы можно использовать вместо традиционных уличных фонарей для их автоматизации и экономии энергии. Электронные компоненты и устройства, необходимые для построения автоматического ночника на основе транзисторов, включают в себя транзистор, угольный резистор, светозависимое сопротивление, светодиод, блок питания, соединительные провода и печатную плату. Первым этапом сборки является размещение электронных компонентов на печатной плате и создание дорожек в соответствии с принципиальной схемой. Вторым шагом является фиксация компонентов на месте путем их пайки. Последним шагом является отсечение дополнительных контактов или клемм и обеспечение изоляции цепи, чтобы избежать утечки тока или короткого замыкания. Работа автоматического ночного светильника на основе транзисторов в первую очередь основана на работе светозависимого сопротивления. Протекание тока через светозависимое сопротивление или LDR зависит от интенсивности света, присутствующего в окружающей среде. Это означает, что если светозависимое сопротивление находится в темноте, значение сопротивления имеет тенденцию к увеличению, и устройство запрещает любое протекание тока. Точно так же, когда свет попадает на поверхность светозависимого резистора, значение сопротивления уменьшается, и компонент начинает действовать как проводник. Транзистор здесь используется для управления работой схемы и используется для передачи сигнала от светозависимого сопротивления к светодиоду, тем самым позволяя светодиоду светиться, когда схема находится в темноте и выключаться, когда вокруг присутствует свет.

12. Компьютерные процессоры

Известно, что транзисторы являются основными строительными элементами микропроцессоров и микроконтроллеров. Блоки обработки, используемые в компьютерах, в основном представляют собой сборку нескольких транзисторов, соединенных друг с другом в каскадной или параллельной форме. Переключение и другие связанные операции транзисторов помогают человеку управлять компьютером и получать доступ к веб-серфингу, хранению данных, играм, вычислениям, анализу и различным другим функциям.

13. Кондиционер

Кондиционеры — еще один пример устройств повседневного использования, в которых используются транзисторы. Датчики, используемые кондиционерами для сравнения комнатной температуры с желаемой температурой, состоят из сборки транзисторов, которые действуют как компараторы. Здесь задача отправки и получения сигналов между внутренней схемой устройства и внешней средой контролируется транзисторами. Всякий раз, когда наблюдается разница между текущей температурой и желаемой температурой, на компрессор посылается сигнал для соответствующего изменения температуры. Аналогичным образом, в случае, если текущее значение температуры точно соответствует требуемому значению температуры, циркулирует сигнал для поддержания постоянной температуры.

14. Графический процессор

Графический процессор или графический процессор являются неотъемлемой частью устройств, где в первую очередь требуется рендеринг графики высокой четкости. Графические процессоры содержат миллиарды транзисторов, расположенных каскадно или параллельно. Почти все операции, выполняемые графическим процессором, основаны на транзисторах.

15. Интегральные схемы

Интегральные схемы являются классическим примером устройств, в которых в реальной жизни используются транзисторы. В зависимости от количества транзисторов, используемых в конструкции и производстве, интегральные схемы можно разделить на пять подкатегорий, а именно: малогабаритные интегральные схемы, средние интегральные схемы, крупномасштабные интегральные схемы, очень крупномасштабные интегральные схемы, и сверхбольшие интегральные схемы. Диапазон количества транзисторов, используемых в малых интегральных схемах, средних интегральных схемах, крупных интегральных схемах, очень больших интегральных схемах и сверхбольших интегральных схемах, обычно эквивалентен от 10 до 100, от 100 до 1000. , от 1 000 до 20 000, от 20 000 до 10 00 000 и от 10 00 000 до 1 00 00 000. соответственно. Интегральные схемы являются неотъемлемой частью аналоговых, а также цифровых электронных гаджетов и устройств, таких как логические вентили, операционные усилители, регуляторы напряжения, таймеры, компараторы, триггеры, регистры и т. д.

16. Картриджи для видеоигр

Картриджи для видеоигр или кассеты для видеоигр, как правило, являются еще одним примером приложений, использующих транзисторы для выполнения своих основных операций, таких как рендеринг графики, элементы управления вводом и выводом, вывод звука, усиление цифрового и аналогового сигнала, завершение активных операций и т. д. Внутренняя схема таких игровых чипов обычно содержит блок обработки, блок памяти, блок графики, арифметический и логический блок, входные контакты, выходные контакты и один или несколько слотов расширения. . Основными строительными блоками большинства таких игровых картриджей являются транзисторы.

17. Лазерный дальномер

Лазерный дальномер — это устройство или устройство, которое обычно используется для измерения расстояния между целевым объектом и инструментом. Архитектура, внутренняя отделка, строительство, охота, сельское хозяйство, оборона, спорт и т. д., как правило, составляют некоторые из приложений повседневной жизни, в которых можно использовать лазерные дальномеры. Внутренняя схема устройства лазерного дальномера в основном содержит транзисторы для выполнения переключения, усиления и других связанных операций. Кроме того, операция управления двигателем или драйверы двигателей внутренней схемы лазерного дальномера обычно содержат сборку широтно-импульсных модуляторов и транзисторов. Лазерный дальномер также известен как лазерный телеметр.

18. Астрономия

Астрономия — наука, занимающаяся изучением небесных тел и объектов, находящихся в космосе. Из-за огромного расстояния между наблюдателем и целевым объектом и отсутствия молний в космическом пространстве получение изображений и информации о небесных объектах является сложной задачей. Для решения этой проблемы в ряде астрономических устройств и устройств используются сложные электронные схемы. В таких схемах транзисторы, как правило, играют заметную роль и помогают улучшить четкость изображений, получаемых за счет работы в качестве переключателя, а также усилителя сигнала.