Чарльз Платт - Электроника для начинающих (2-е издание)

Сравнение характеристик транзисторов и реле приведено в табл. 2.3. Как видим, решение об использовании реле или транзистора зависит от конкретного применения компонента.

Но хватит теории! Давайте заставим работать транзистор так, чтобы это было не только увлекательно, но и познавательно. Приступим к эксперименту 11.

Пришло время для вашего первого устройства, которое приносит реальную пользу. Сначала заставим мигать светодиод, а затем создадим несложный синтезатор звука.

• Макетная плата, монтажный провод, кусачки, инструмент для зачистки провода, мультиметр

• Батарея 9 В и разъем для нее (1 шт.)

• Резисторы с номиналами 470 Ом (2 шт.), 1 кОм (1 шт.), 4,7 кОм (4 шт.), 100 кОм (1 шт.), 220 кОм (2 шт.), 470 кОм (4 шт.)

• Конденсаторы емкостью 0,01 мкФ (2 шт.), ОД мкФ (2 шт.), 0,33 мкФ (2 шт.), 1 мкФ (1 шт.), 3,3 мкФ (2 шт.), 33 мкФ (1 шт.), 100 мкФ (1 шт.), 220 мкФ (1 шт.)

• Транзисторы серии 2N2222 (6 шт.)

• Стандартный светодиод (1 шт.)

• Динамик с импедансом 8 Ом, диаметром 2,5 см или (предпочтительнее) 5 см (1 шт.)

На рис. 2.103 показан макет устройства, предлагаемый вам для сборки. Как видим, здесь не так уж много пространства между компонентами, поэтому рекомендую собирать устройство с помощью плоскогубцев, а не пальцами. Тщательно отсчитывайте отверстия на плате, и несколько раз проверьте, что все находится на своих местах и соединено правильно. Номиналы компонентов приведены на рис. 2.104.

Подключите питание — светодиод должен включиться примерно на 1 секунду и погаснуть также примерно на 1 секунду.

И это все? Нет, это только начало. Однако в первую очередь разберемся, как работает наше устройство. Если вам сложно представить, как соединены компоненты внутри макетной платы, взгляните на рис. 2.105. Затем изучите схему, приведенную на рис. 2.106, и вы поймете, что соединения между компонентами те же. Для объяснения того, как работает устройство, я использую электрическую схему.

Первое, на что вы должны обратить внимание, — это наличие некоторой симметрии схемы. Означает ли это, что левая и правая половины устройства делают одно и то же? Да, но не в один и тот же момент времени. В действительности, одна половина включает светодиод, а другая выключает его.

Понять нюансы работы устройства не так просто, потому что напряжение в различных точках схемы постоянно меняется, и в каждый момент происходит несколько явлений. Тем не менее, я нарисовал четыре «моментальных снимка» схемы, показывающих внутреннее состояние компонентов через некоторые интервалы времени; надеюсь, эти иллюстрации все прояснят.

Я опустил третий транзистор и светодиод на каждом рисунке, поскольку они не играют роли в создании колебаний.

Первый «снимок» приведен на рис. ЦВ-2.107. Я обозначил провода цветом так:

• Напряжение на компонентах и проводниках, выделенных черным цветом, неизвестно или не задано.

• Напряжение на синих проводниках близко к нулю.

• Напряжение на красных проводниках приближается к положительному напряжению источника питания.

• Белые проводники на короткое время оказываются под отрицательным напряжением (ниже заземления) по причинам, которые я скоро укажу.

Для транзисторов:

• Серый транзистор не проводит ток от коллектора к эмиттеру. Будем считать его выключенным.

• Розовый транзистор проводит ток (включен).

Транзисторы обозначены как Q1 и Q2, потому что это общепринятый способ обозначения полупроводниковых приборов. Маленький лепесток, выступающий на старых транзисторах с металлическим корпусом, придает им вид буквы Q, если смотреть сверху, и люди привыкли обозначать транзисторы так.

Резисторы r1 и R1 находятся слева, а резисторы r2 и R2 — справа. Строчными буквами обозначены резисторы с меньшими номиналами.

Прежде чем я начну объяснять работу схемы, сделаю последнее отступление. Учитывайте характерное поведение транзистора.

• Когда ток базы включает транзистор, его эффективное внутреннее сопротивление сильно снижается. Вследствие этого, если эмиттер заземлен, то напряжение на коллекторе также составит около О В, как и у всего, что подключено напрямую к коллектору. Напряжение на базе также может быть относительно низким, но не такое низкое, как на эмиттере. В таком состоянии находится транзистор Q2 на рис. ЦВ-2.107.

• Когда транзистор выключается, его эффективное внутреннее сопротивление увеличивается как минимум до 5 кОм. Вследствие этого любой компонент, подключенный к коллектору, больше не заземляется через транзистор и может накапливать положительный заряд.

Я начну с произвольного момента, когда питание уже подано. После того как мы рассмотрим полный рабочий цикл, я вернусь к вопросу о том, откуда изначально берутся колебания.

Давайте предположим, что на снимке 1 транзистор Q1 был только что выключен, а транзистор Q2 только что включился. Нижний (по схеме) конец резистора rl был заземлен через транзистор Q1, но теперь транзистор Q1 отключен, напряжение на его коллекторе начинает расти, и за счет этого увеличивается напряжение на левой (по схеме) обкладке конденсатора С1. Напряжение на базе транзистора Q1 также возрастает, но не так стремительно, потому что резистор R2 имеет более высокий номинал. Между тем, поскольку транзистор Q2 включен, он потребляет ток через резистор R2, понижая напряжение. Через базу транзистора Q2 также течет ток к шине заземления. Это исходная ситуация. Что дальше?