La "brecha" entre la comprensión de los transistores y su aplicación en circuitos reales

¿Cómo funcionan? Estoy en el último año de secundaria y tengo la electrónica como asignatura. Estoy realmente interesado en entender esto y estudiar electrónica en la universidad también. Pero ahora esto parece un sueño lejano con mi débil comprensión sobre "cómo funcionan los transistores" y sus "aplicaciones reales en los circuitos". He leído numerosas guías en línea y después de terminarlas, siento que he aprendido la mayor parte, pero cuando comienzo a estudiar sobre la puerta TTL NOT (IC 7404) y algunas otras, (como 7402, 7400), que es parte de mi curso, y que se basa en el funcionamiento de los transistores, ¡no consigo nada! A veces, el emisor se usa como entrada, a veces, se usa como salida y siento que algunas de las oraciones en el texto (sobre el funcionamiento de los circuitos integrados) contradicen lo que aprendí en otras guías. Me siento ahi '

¿Alguien puede señalar algunos artículos que llenen este vacío y me iluminen?

Actualización: me gustaría aprender sobre su trabajo en los circuitos de aplicación. Sobre la 'profundidad de comprensión', sé qué papel juegan los electrones y los agujeros en el funcionamiento del transistor.

Compre este libro The Art of Electronics de Horowitz and Hill (2a edición).

Cuesta $ US20 (que es una ganga). Está en Nueva Delhi y tienen varios. Si no puede pagar la Rupia 1050, consiga que varios amigos la compren juntos, este es el mejor libro sobre el tema que encontrará.

• The Art of Electronics (Second Edition)
  (ISBN: 0521689171)
  Paul Horowitz, Winfield Hill
  Librería: BookVistas (New Delhi, DEL, India)
  Valoración librería:
  Cantidad disponible:> 20

ADVERTENCIA "Hay muchos de estos también anunciados en India. Cuestan típicamente lo mismo o más de lo que recomendé y no son lo mismo. Tenga el debido cuidado. Este es el manual para estudiantes asociado de Horowitz y Hayes. Si puede permitirse comprar uno de estos ASÍ LO HAGA , pero primero obtenga el libro de texto apropiado Copia del libro de trabajo aquí para Rs484 incluyendo franqueo en India.

¿Quieres una teoría sobre cómo funcionan los transistores a nivel de semiconductores? ¿O solo cosas prácticas de aplicación? Si es lo primero, no tengo mucho que recomendar allí ... es algo terriblemente complicado, y supuestamente requiere al menos un poco de conocimiento de la Mecánica Cuántica para comprenderlo completamente. Pero en términos de simplemente usar transistores, encontré que el libro Make: Electronics - Learn By Discovery tiene una buena introducción.

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

Más allá de eso, compartiré estos puntos desde mi propia experiencia: piense en un transistor como un interruptor, donde la resistencia entre dos de las "patas" (colector y emisor, o drenaje y fuente en el caso de un MOSFET) puede variar en función de una señal aplicada a la otra pata (base, puerta OR en el caso de un MOSFET). La gente dice que los transistores "amplifican" una señal, y eso es engañoso para la comprensión intuitiva de algunas personas. Amplifican la señal a la base / puerta en el sentido de que la base / puerta controla la corriente que fluye a través de las otras dos patas, pero en primer lugar tiene que haber energía suministrada. Es decir, no fabrican mágicamente corriente (o voltaje).

Así que ... si tiene, por ejemplo, una fuente de alimentación de 12 V CC, con un cable que va de la fuente de alimentación al colector de un transistor, y luego un cable del emisor a una carga, y luego a tierra ... una señal más pequeña (a, digamos, 5VDC) controla la corriente a la carga. Entonces, en cierto sentido, se puede decir que esa señal más pequeña se ha amplificado.

En otras ocasiones, realmente no te importa ningún sentido de "amplificación". Solo desea que algo se active o desactive, para que pueda implementar la lógica binaria. Entonces, si piensa en "off" como un "0" binario (o "falso") y "on" como un "1" binario (o "verdadero") puede averiguar cómo los transistores pueden implementar cualquier bit arbitrario de lógica digital .

Cuando comience a hablar de circuitos integrados como el 7400, 7402, 7404, etc., piense en ellos como paquetes de transistores preempaquetados que implementan un poco de lógica particular, que puede usar como un bloque de construcción modular. Puede conectar una puerta NAND, por ejemplo, a mano con un par de transistores. Pero usar una compuerta NAND serie 7400 es más simple porque ya está construido para ese propósito. Los circuitos integrados progresivamente más sofisticados cuentan con más y más transistores para implementar funciones más complejas.

Los transmisores, cuando se usan en circuitos digitales, funcionan como interruptores electrónicos. Y con los interruptores, podemos crear puertas lógicas.

Echa un vistazo al siguiente diagrama:

Si llamamos + V _DD "ON" y tierra / 0 "OFF", cuando el interruptor está cerrado, la salida está OFF; y cuando el interruptor está abierto, la salida está activada. Si (como con los transistores, como veremos en un minuto) llamamos a un interruptor cerrado a ENCENDIDO, entonces este circuito es un inversor: cuando la entrada está ENCENDIDA, la salida está APAGADA, y viceversa.

Si agregamos una segunda entrada en serie, ahora tenemos una puerta NAND:

Como es bien sabido que todos los circuitos lógicos pueden construirse utilizando solo compuertas NAND , ahora tenemos la capacidad de construir cualquier circuito lógico.

Así es como se verían los circuitos equivalentes usando transistores:

El hecho de que las computadoras esencialmente no requieran nada más que simples interruptores explica cómo existían las computadoras antes de los transistores : se pueden construir utilizando tubos de vacío , relés o incluso interruptores físicos normales.

De hecho, incluso puedes construir una computadora que funcione con piedra roja o enanos ;)

KPL, entiendo completamente tu frustración. Parece que el problema con el que se encuentra es la cuestión de lo que ocurre dentro del material del transistor. Recuerde que un solo transistor es simplemente un interruptor que se enciende y apaga en respuesta a la presencia de voltaje en su "tercera" entrada. Un voltaje allí hace que el interruptor se cierre. La falta de voltaje hace que el interruptor se abra. También hay un transistor que normalmente está cerrado y solo se abre cuando hay un voltaje presente, esa es una puerta NO. Todas las otras puertas (AND, OR, etc.) están formadas por múltiples transistores. Pido disculpas si esta respuesta es demasiado simplista, pero sin ver lo que estás estudiando, comencé cerca del fondo. Puede revisar su pregunta para reducir el área que es confusa y veremos si podemos abordar eso más directamente.

Además, es vital comprender que hay dos tipos (NPN y PNP) que se comportan de manera diferente. Endereza por ti mismo la diferencia entre los dos y eso podría ayudar mucho.

Aunque parecen simples y son el componente básico de casi todos los circuitos electrónicos, la teoría y el uso de los transistores pueden volverse bastante complejos.
Sin embargo, una vez que domine algunas reglas básicas, puede olvidarse de los puntos más finos para la mayoría de los circuitos.
Aconsejaría tomar " The Art of Electronics " (bastante antiguo pero un clásico) y avanzar lentamente a través de los primeros capítulos, que están dedicados a la teoría de los transistores, los diferentes tipos de transistores y sus aplicaciones. Está muy bien escrito y ofrece muchos buenos ejemplos.
Hay un montón de cosas en la web, tenga en cuenta que junto con las cosas buenas hay muchas cosas no tan buenas. Cuando comienzas, es bueno tener la confianza de que puedes confiar en lo que estás leyendo.
Del material en línea, All About Circuits se ve bastante bien por la pequeña cantidad que he visto.
Sin embargo, le recomiendo que obtenga algunos buenos libros, una placa de pruebas / stripboard, algunos transistores NPN / PNP y comience a experimentar.
SPICE se puede utilizar para simular circuitos, LTSpice es una buena herramienta gratuita. Sin embargo, tenga cuidado de confiar demasiado en él, intente resolver la teoría usted mismo y construir los circuitos.

Supongo que no está tratando de aprender los conceptos de lógica digital y los circuitos de transistores al mismo tiempo. Una vez que haya aprendido cada uno por separado, es más útil saber que dos transistores que actúan de manera coordinada logran una salida digital de '0' o '1', como cuando uno está "encendido" y el otro está "apagado". Esto permite que la salida sea "impulsada" por el suministro de 5 V cuando el transistor superior está "encendido" mientras el transistor inferior está "apagado", o permite que la salida sea "arrastrada" a tierra por el transistor inferior en el caso opuesto. Se necesita la parte más compleja del circuito para asegurarse de que los transistores de salida se enciendan y apaguen lo más rápido posible sin superponer sus tiempos de "encendido" o "apagado".

Si tiene acceso a algunas piezas electrónicas y equipos de prueba básicos, recomendaría construir el circuito '04 en la página cuatro de esta hoja de datos http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74ls04.pdf . Aquí hay una explicación adicional basada en el circuito '04 de la página anterior.

El único transistor en el medio del circuito que alimenta la etapa de salida de dos transistores se usa para asegurarse de que los dos transistores de salida estén siempre encendidos o apagados uno frente al otro. Cuando el transistor central está "apagado", el transistor de salida inferior está "apagado", mientras que el transistor superior está "encendido", lo que da como resultado una salida lógica '1'. Lo contrario ocurre cuando el transistor central está "encendido", pero es un poco más difícil ver por qué. Esencialmente, cuando el transistor central está "encendido", ambas bases de transistores de salida están conectadas entre sí y están a un nivel lo suficientemente alto como para encender el transistor inferior, pero no lo suficientemente alto como para encender el superior, debido al voltaje adicional cae en el diodo de salida y el transistor inferior. La salida está entonces en un lógico '0'.

La parte más complicada del circuito es el transistor de entrada que describió como "A veces el emisor se usa como entrada". En este caso, si no hay nada conectado a la entrada (o si se aplican 5V a la entrada), el transistor de entrada estará "apagado" y todo el nodo del transistor de entrada estará en el nivel VCC (5v), causando el transistor medio para "encender", el transistor superior para "apagar" y el transistor inferior para "encender", lo que da como resultado que la salida tenga una ruta de baja impedancia a tierra o nivel lógico '0'.

Si la entrada está conectada a tierra, el transistor de entrada se encenderá porque la corriente a través de la resistencia 4k conectada a su base. Esto empuja la base del transistor central a tierra, haciendo que el transistor central se "apague", el transistor superior se "encienda" y el transistor inferior se "apague", lo que hace que la salida tenga una ruta de baja impedancia a VCC o nivel lógico '1'.