Le «fossé» entre la compréhension des transistors et leur application dans des circuits réels

Comment fonctionnent-ils même? Je suis en dernière année de lycée et j'ai l'électronique comme sujet. Je suis vraiment intéressé à comprendre cela et à faire de l'électronique à l'université aussi. Mais maintenant, cela semble être un rêve lointain avec ma faible compréhension de «comment fonctionnent les transistors» et de leurs «applications réelles dans les circuits». J'ai lu de nombreux guides en ligne et après les avoir finis, j'ai l'impression d'en avoir appris la plupart mais quand je commence à étudier la porte TTL NOT (IC 7404) et quelques autres (comme 7402, 7400) qui fait partie de mes cours, et qui est basé sur le travail des transistors, je ne reçois rien! Parfois l'émetteur est utilisé comme entrée, parfois, il est utilisé comme sortie et je pense que certaines phrases du texte (sur le fonctionnement des circuits intégrés) contredisent ce que j'ai appris dans d'autres guides. Je me sens là

Quelqu'un peut-il indiquer des articles qui combleraient cette lacune et m'éclaireraient?

Mise à jour: je voudrais en savoir plus sur leur fonctionnement dans les circuits d'application. À propos de la «profondeur de compréhension», je sais quel rôle les électrons et les trous jouent dans le fonctionnement du transistor.

Achetez ce livre The Art of Electronics par Horowitz et Hill (2e édition).

Cela a coûté 20 $ US (ce qui est une bonne affaire). C'est à New Delhi et ils en ont plusieurs. Si vous ne pouvez pas vous permettre d'acheter 1050 roupies à plusieurs amis pour l'acheter ensemble, c'est le meilleur livre sur le sujet que vous trouverez.

• The Art of Electronics (Second Edition)
  (ISBN: 0521689171)
  Paul Horowitz, Winfield Hill
  Libraire: BookVistas (New Delhi, DEL, Inde)
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AVERTISSEMENT "Il y en a beaucoup qui sont également annoncés en Inde. Ils coûtent généralement le même prix ou plus que ce que j'ai recommandé et ne sont pas les mêmes. Faites attention. Ceci est le manuel de l'étudiant associé par Horowitz et Hayes. Si vous pouvez vous permettre d'acheter l' un de ces AINSI faire, mais obtenir d' abord le manuel approprié. Copie du classeur ici pour RS484 y compris frais de port en Inde.

Voulez-vous une théorie sur le fonctionnement des transistors au niveau des semi-conducteurs? Ou tout simplement des applications pratiques? Si c'est le premier, je n'ai pas grand-chose à recommander là-bas ... c'est des trucs terriblement compliqués, et cela suppose au moins une certaine connaissance de la mécanique quantique pour bien comprendre. Mais en termes d' utilisation simple de transistors, j'ai trouvé le livre Make: Electronics - Learn By Discovery pour avoir une belle introduction.

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

Au-delà de cela, je vais juste partager ces points de ma propre expérience: Considérez un transistor comme un interrupteur, où la résistance entre deux des "jambes" (collecteur et émetteur, OU drain et source dans le cas d'un MOSFET) peut être modifié en fonction d'un signal appliqué à l'autre jambe (base, porte OU dans le cas d'un MOSFET). Les gens disent que les transistors "amplifient" un signal, ce qui est trompeur pour la compréhension intuitive de certaines personnes. Ils amplifient le signal vers la base / porte dans le sens où la base / porte contrôle le courant traversant les deux autres jambes, mais il doit y avoir une alimentation fournie quelque part en premier lieu. Autrement dit, ils ne fabriquent pas comme par magie le courant (ou la tension).

Soooo ... si vous avez, par exemple, une alimentation 12VDC, avec un fil allant de l'alimentation, au collecteur d'un transistor, puis un fil de l'émetteur à une charge, puis à la masse ... un signal plus petit (à, disons, 5VDC) contrôle le courant vers la charge. Donc, dans un sens, vous pouvez dire que ce signal plus petit a été amplifié.

À d'autres moments, vous ne vous souciez pas vraiment du sens de "l'amplification". Vous voulez juste que quelque chose soit activé ou désactivé, afin que vous puissiez implémenter la logique binaire. Donc, si vous considérez "off" comme un "0" binaire (ou "false") et "on" comme un "1" binaire (ou "true"), vous pouvez déterminer comment les transistors peuvent implémenter n'importe quel bit arbitraire de logique numérique. .

Lorsque vous commencez à parler de circuits intégrés comme les 7400, 7402, 7404, etc., considérez-les comme de simples faisceaux de transistors qui implémentent un peu de logique particulier, que vous pouvez utiliser comme bloc de construction modulaire. Vous pouvez câbler une porte NAND, par exemple, à la main avec quelques transistors. Mais l'utilisation d'une porte NAND série 7400 est plus simple car elle est déjà conçue à cet effet. Les circuits intégrés progressivement plus sophistiqués comportent de plus en plus de transistors pour implémenter des fonctions plus complexes.

Les transistors, lorsqu'ils sont utilisés dans des circuits numériques, fonctionnent comme des commutateurs électroniques. Et avec des commutateurs, nous pouvons créer des portes logiques.

Jetez un œil au schéma suivant:

Si nous appelons + V _DD "ON" et masse / 0 "OFF", alors lorsque l'interrupteur est fermé, la sortie est OFF; et lorsque l'interrupteur est ouvert, la sortie est activée. Si (comme avec les transistors, comme nous le verrons dans une minute) nous appelons un interrupteur fermé ON, alors ce circuit est un inverseur: lorsque l'entrée est ON, la sortie est OFF, et vice-versa.

Si nous ajoutons une deuxième entrée en série, nous avons maintenant une porte NAND:

Comme il est bien connu que tous les circuits logiques peuvent être construits en utilisant uniquement des portes NAND , nous avons maintenant la possibilité de construire n'importe quel circuit logique.

Voici à quoi ressembleraient les circuits équivalents à l'aide de transistors:

Le fait que les ordinateurs ne nécessitent essentiellement rien de plus que de simples commutateurs explique comment les ordinateurs existaient avant les transistors - ils peuvent être construits à l'aide de tubes à vide , ou de relais , ou même de commutateurs physiques normaux.

En fait, vous pouvez même construire un ordinateur fonctionnel à partir de redstone ou de nains ;)

KPL, je comprends parfaitement votre frustration. Il semble que le problème que vous rencontrez soit la question de ce qui se passe à l'intérieur du matériau du transistor lui-même. N'oubliez pas qu'un seul transistor est simplement un interrupteur qui se met sous et hors tension en réponse à la présence de tension sur sa «troisième» entrée. Une tension provoque la fermeture de l'interrupteur. L'absence de tension provoque l'ouverture de l'interrupteur. Il y a aussi un transistor qui est normalement fermé et ne s'ouvre que lorsqu'une tension est présente - c'est une porte NON. Toutes les autres grilles (ET, OU, etc.) sont constituées de plusieurs transistors. Je m'excuse si cette réponse est trop simpliste mais sans voir ce que vous étudiez, j'ai commencé vers le bas. Vous pouvez réviser votre question pour réduire le domaine qui prête à confusion et nous verrons si nous pouvons y répondre plus directement.

De plus, il est essentiel de comprendre qu'il existe deux types (NPN et PNP) qui se comportent différemment. Redressez vous-même la différence entre les deux et cela pourrait vous aider beaucoup.

Bien qu'ils semblent simples et constituent la pierre angulaire de presque tous les circuits électroniques, la théorie et l'utilisation des transistors peuvent devenir assez complexes.
Cependant, une fois que vous maîtrisez quelques règles de base, vous pouvez oublier les points les plus fins de la plupart des circuits.
Je conseillerais de saisir " The Art of Electronics " (assez ancien mais un classique) et de progresser lentement dans les premiers chapitres, qui sont consacrés à la théorie des transistors, aux différents types de transistors et à leurs applications. Il est très bien écrit et donne de nombreux bons exemples.
Il y a plein de trucs sur le web, sachez qu'avec les bons trucs il y a plein de trucs pas si bons. Lorsque vous débutez, il est bon d'avoir confiance en ce que vous lisez.
Du matériel en ligne All About Circuits semble assez bon à partir de la petite quantité que j'ai vue.
Je vous recommanderais de vous procurer quelques bons livres, une planche à pain / stripboard, des transistors NPN / PNP et de commencer à expérimenter.
SPICE peut être utilisé pour simuler des circuits, LTSpice est un bon outil gratuit. Attention toutefois à trop vous y fier, essayez de travailler vous-même la théorie et de construire les circuits.

Je suppose que vous n'essayez pas d'apprendre les concepts de la logique numérique et les circuits de transistors en même temps. Une fois que vous les avez apprises séparément, il est très utile de savoir qu'une sortie numérique de «0» ou «1» est obtenue par deux transistors agissant de manière coordonnée, par exemple lorsque l'un est «passant», l'autre «fermé». Cela permet à la sortie d'être "pilotée" par l'alimentation 5V lorsque le transistor supérieur est "activé" tandis que le transistor inférieur est "désactivé", ou permet à la sortie d'être "tirée" à la masse par le transistor inférieur dans le cas opposé. La partie la plus complexe du circuit est nécessaire pour s'assurer que les transistors de sortie sont allumés et éteints aussi rapidement que possible sans chevaucher leurs temps de "marche" ou "d'arrêt".

Si vous avez accès à des pièces électroniques et à des équipements de test de base, je recommanderais de construire le circuit '04 à la page quatre de cette fiche technique http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74ls04.pdf . Voici une explication supplémentaire basée sur le circuit '04 de la page ci-dessus.

Le transistor unique au milieu du circuit alimentant l'étage de sortie à deux transistors est utilisé pour s'assurer que les deux transistors de sortie sont toujours passants ou fermés l'un en face de l'autre. Lorsque le transistor du milieu est "bloqué", le transistor de sortie inférieur est bloqué ", tandis que le transistor supérieur est bloqué" résultant en une sortie logique "1". L'inverse se produit lorsque le transistor du milieu est "passant", mais il est un peu plus difficile de voir pourquoi. Essentiellement, lorsque le transistor du milieu est "passant", les deux bases des transistors de sortie sont connectées ensemble et sont à un niveau suffisamment élevé pour activer le transistor inférieur, mais pas assez élevé pour activer le transistor supérieur, en raison de la tension supplémentaire gouttes dans la diode de sortie et le transistor inférieur. La sortie est alors à un "0" logique.

La partie la plus délicate du circuit est le transistor d'entrée que vous avez décrit comme "Parfois l'émetteur est utilisé comme entrée". Dans ce cas, si rien n'est connecté à l'entrée (ou si 5V est appliqué à l'entrée), le transistor d'entrée sera "bloqué" et le noeud de transistor d'entrée entier sera au niveau VCC (5v), provoquant le transistor du milieu pour activer «on», le transistor supérieur pour désactiver «et» et le transistor inférieur pour activer «résultant» ayant pour résultat que la sortie a un chemin de faible impédance vers la terre ou le niveau logique «0».

Si l'entrée est connectée à la masse, le transistor d'entrée se mettra "sous tension" car le courant traversant la résistance 4k connectée à sa base. Cela tire la base du transistor du milieu vers la masse, ce qui provoque le transistor du milieu à "bloqué", le transistor du haut à "on" et le transistor du bas à "bloqué", ce qui donne à la sortie un chemin de faible impédance vers VCC ou niveau logique '1'.