Tranyó, gyerekkori nevén tranzisztor

2014-04-06

 

Barátaim, akikkel beszélgettem az Elektrosuliról, elborzadva hallgatták, hogy a tranzisztort kihagyva, rögtön integrált áramkörös kapcsolásokat akarok bemutatni. Lehet, hogy igazuk van, nézzük hogyan néz ki egy tranzisztor?

Gombóc Artúr szavai jutnak az eszembe, hogy csokoládé van hosszúkás, van négyszögletes, van kerek, van lyukas... a tranzisztorok külalakjára is illik ez a meghatározás. Csináltam egy képet a leggyakoribb tokozásokról. Az a kis vacak ott középen a büszkeségem. Azt 1986-ban saját kezűleg gyártottam a Kandó Kálmán Villamosipari Műszaki Főiskolán.

A tranzisztor egy 3 lábú alkatrész. Azért szeretjük, mert képes az elektromos áramot felerősíteni. Felfoghatjuk a tranzisztort egy olyan csapnak, amelyik az átfolyó áramot tudja szabályozni. Mégpedig úgy, hogy minél nagyobb a bázis áramot folyatunk át rajta, annál nagyobb lesz a kollektor áram. Lerajzoltam, és rögtön mellette látható a tranzisztor elvi rajza is.

A tranzisztornak nem egyszerűen három lába van, hanem el is nevezték őket sorra emitter, bázis, kollektor, és a kezdőbetűikkel, E-B-C jelöljük őket. A kapcsolásokban a lábakat nem célszerű felcserélni, mert a tranzisztorunk nem úgy fog működni, ahogy elvárnánk tőle.

A tranzisztor segítségével építhetünk erősítőt, rádiót, logikai áramköröket, mindenféle automatákat. A történelem hajnalán, amikor még nem voltak mikroprocesszorok, nem voltak integrált áramkörök, a legtutibb mérnökök tranzisztorokkal még számítógépeket is építettek.

Kezdéshez szemeljünk ki egy viszonylag olcsó tranzisztort, mondjuk a BC337-t. A kísérleteinkhez szinte bármely hasonló tranzisztor alkalmas, amelyet a láda fiában találunk, ha az NPN. Ennek párja a BC327 tranzisztor, ami olyan mint a BC337, csak PNP polaritású. Fentebb láthattuk az NPN tranzisztor rajzát, itt pedig a PNP-t. A különbség közöttük, hogy milyen polaritású árammal használhatók. Egyszerűen az emitter elektróda nyilacskája mutatja az áram folyásának irányát.

Ma már abban a szerencsés helyzetben vagyunk, hogy a Google segítségével pillanatok alatt levadászhatjuk a tranzisztorunk gyári adatlapját .PDF-ben. A tranzisztorunk felhasználásától függ, hogy a számos jellemző közül éppen melyek érdekesek számunkra. Fontos, hogy legfeljebb mekkora feszültséget kapcsolhatunk a tranzisztorunkra (50V), legfeljebb mekkora áramot tud átengedni (800mA), valamint, hogy mekkora az áramerősítése (hFE, régi nevén bétája). A tranzisztorok áramerősítése példányról-példányra változik, valamint attól is függ, hogy éppen mekkora áram folyik át rajta, és az is számít milyen meleg. Amíg egy gyártó, +/-5%, vagy mondjuk +/-1% határok között megadja milyen értékű az általa gyártott ellenállás, addig a tranzisztoroknál jóval rosszabb a helyzet. A BC337 esetében áramerősítés tekintetében három tartományból választhatunk, 100-250, 160-400, 250-630. Ha pontosabb értékre lesz szükségünk, magunknak kell majd megmérnünk.

Nézzük az első áramkörünket. Ennek a kapcsolásnak a segítségével meggyőződhetünk a tranzisztor működéséről. Ha a kapcsolót bekapcsoljuk a LED világítani fog. Persze, én is tudom, hogy ezt egyszerűbben, tranzisztor nélkül is meg lehet csinálni. Ez egy példakapcsolás. Ha a kapcsoló nyitott, a tranzisztor nem kap bázis áramot, vagyis kollektor áram sem fog rajta keresztülfolyni, a LED nem fog világítani, vagyis a tranzisztor lezárt állapotban lesz. Ha a kapcsolót zárjuk, a tranzisztor bázisáramot fog kapni, ennek hatására megindul a kollektor áram, a LED világítani fog, vagyis a tranzisztor kinyit.

Az áramkörök megépítéséhez egy ProjectBoard nevezetü dugdosós panelt használtam fel. Ez azért jó, mert egy csomó forrasztást megspórolhatunk vel. És azért rossz, mert érintkezési hibák keseríthetik meg az életünket. A panelben egy csomó lyuk van, alattuk érintkezőkkel. Egy panelt szét is szedtem, és a Boncasztal rovatban meg lehet nézni belülről is.

Project board

Itt látható az áramkörönk megépítve. Külön kapcsolót nem tettem bele. Egyszerűen az ellenállás kihúzott lába a kikapcsolt állapot.

Bedugjuk az ellenállás lábat és várakozásainknak megfelelően világít a LED.

A kapcsolásban szerepel két ellenállás. Most nézzük, hogyan kell lazán számolni! Hozzávetőleges számításaimra matek, fizika vagy elektrotechnika órán kérem nem hivatkozni! Az Elektrosuli korábbi leckéjéből mint már ismert, a LED-en átfolyó áramot korlátozni kell, a vele sorba kötött 470 Ohm-os ellenállás legfeljebb kb. 15 mA-t enged 9V-nál átfolyni. A tranzisztor, bázis-emitter elektródái között hasonlóan viselkedik mint egy dióda, ezért szintén nem kapcsolhatjuk direktben rá az elemet, egy 10 kOhm-os ellenállást alkalmazunk. 10 kOhm-os ellenállásunkon a 9V-os ellem 0,9 mA... kb. 1 mA áramot fog áthajtani. Tehát a tranzisztorunk megközelítőleg 1 mA bázis áramot fog kapni. Ennek hatására a leggyengébb fajta BC337 100mA-t, a jobb fajta 630mA-t engedne a kollektorán át, az-az a LED-ünk korlátozó ellenállás nélkül kipurcanna (meg az elemünk, meg a tranzisztorunk).

Variáljuk kicsit át a kapcsolásunkat!

Ime az áramkör.

Szükségünk lesz egy új alkatrészre, egy úgynevezett trimmer potira (potenciométerre). Ez egy olyan ellenállás, amihez egy plusz érintkezőt, úgynevezett csúszkát szereltek, szóval ennek is három lába van. Ezt a csúszkát általában tekergetéssel tudjuk állítani, hogy hol érjen az ellenállás testéhez, és így különböző feszültségeket tudunk levenni róla. Ebben a kapcsolásban 0-9V-ig tudjuk különböző feszültségekre beállítani. Figyeljük meg, hogy a trimmer tekergetésével milyen szépen fogjuk tudni állítani a LED-ünk fényességét!

A tranzisztornak három alapkapcsolása van, ez az úgynevezett emitter követő. Ha mérjük a feszültséget a 470 Ohm-os ellenálláson, látni fogjuk, hogy úgy fog változni, ahogyan a trimmer potit tekergetjük. Tekergessük a trimmert addig, amíg a 470 Ohm-os ellenálláson 0,5V feszültséget fogunk mérni. 470 Ohmos-ellenálláson 0,5V hatására kb. 1mA áram fog keresztülfolyni, a LED típusától függően gyengén vagy alig fog világítani. 1,5V-nál már 3mA-es áram folyik, ekkor illik minden LED-nek ha nem is erősen, de jól láthatóan világítani. 5V-nál, vagy feljebb, már 10mA, vagy nagyobb áram fog folyni. E körül a LED-ünk fényessége látszólag már csak kicsit változik.

A LED felől nézve ezzel a kapcsolással fel is fedeztük, ha nem is az áramgenerátort, de az áram szabályozást, vagy áram korlátozó kapcsolást! Az ellenállás felől nézve meg a feszültség szabályozást!