Десятый класс
  1. Механика  1.1. Динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. Смещение и расстояние  1.1.4. Скорость и Вектор  1.1.5. Ускорение  1.1.6. Графическое представление движения  1.1.7. Equations of motion  1.1.8. Свободное падение и ускорение свободного падения  1.1.9. Движение тела, брошенного под углом к горизонту  1.1.10. Относительная скорость  1.2. Динамика  1.2.1. Законы движения Ньютона  1.2.2. Инерция и масса  1.2.3. Сила и ее виды  1.2.4. Сила действия и противодействия  1.2.5. Friction and its effects  1.2.6. Коэффициент трения  1.2.7. Круговое движение  1.2.8. Центростремительная сила и центростремительное ускорение  1.2.9. Импульс и количество движения  1.2.10. Conservation of momentum  1.2.11. Третий закон Ньютона и его применения  1.3. Работа, энергия и мощность  1.3.1. Работа, совершаемая силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия  1.3.5. Mechanical energy  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и эффективность  1.3.8. Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии  1.4. Гравитационная сила  1.4.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.4.2. Гравитационное поле и напряженность поля  1.4.3. Ускорение свободного падения на разных планетах  1.4.4. Законы движения планет Кеплера  1.4.5. Orbits and satellites  1.4.6. Вес и кажущийся вес  1.4.7. Гравитационная потенциальная энергия
  2. Свойства материи  2.1. States of matter  2.1.1. Твердое, жидкое и газообразное  2.1.2. Molecular structure of matter  2.1.3. Межмолекулярные силы  2.1.4. Плазма и конденсат Бозе–Эйнштейна  2.2. Давление  2.2.1. Определение давления  2.2.2. Pressure in liquids  2.2.3. Атмосферное давление  2.2.4. Принцип Паскаля  2.2.5. Принцип Архимеда и плавучесть  2.2.6. Поверхностное натяжение и капиллярность  2.3. Эластичность  2.3.1. Закон Гука  2.3.2. Stress and strain  2.3.3. Предел упругости и модуль упругости  2.3.4. Применения упругости
  3. Thermal physics  3.1. тепло и температура  3.1.1. Difference Between Heat and Temperature  3.1.2. Температурная шкала  3.1.3. Тепловое расширение  3.1.4. Тепловое равновесие  3.2. Теплопередача  3.2.1. Проводимость  3.2.2. Конвекция  3.2.3. Излучение  3.2.4. Insulation and its applications  3.3. Тепловые свойства вещества  3.3.1. Удельная теплоемкость  3.3.2. Скрытая теплота и фазовые переходы  3.3.3. Boiling and Melting Point  3.3.4. Тепловые двигатели и холодильные установки  3.4. Законы термодинамики  3.4.1. Нулевой закон термодинамики  3.4.2. Первый закон термодинамики  3.4.3. Второй закон термодинамики  3.4.4. Цикл Карно
  4. Волны и оптика  4.1. Природа и свойства волн  4.1.1. Типы волн в природе и свойства волн  4.1.2. Поперечные и продольные волны  4.1.3. Параметры волн  4.1.4. Отражение и преломление волн  4.1.5. Суперпозиция и интерференция  4.1.6. Стоячие волны и резонанс  4.1.7. Эффект Доплера  4.2. Звуковые волны  4.2.1. Характеристики звуковых волн  4.2.2. Скорость звука в разных средах  4.2.3. Применение звуковых волн  4.2.4. Ультразвук и его использование  4.3. Light Waves and Optics  4.3.1. Природа света  4.3.2. Отражение света  4.3.3. Laws of reflection  4.3.4. Mirrors and Image Formation  4.3.5. Преломление света  4.3.6. Закон Снелла  4.3.7. Линзы и образование изображения  4.3.8. Полное внутреннее отражение и критический угол  4.3.9. Оптическое волокно  4.4. Оптические приборы  4.4.1. Microscope  4.4.2. Телескоп  4.4.3. Человеческий глаз и дефекты зрения  4.4.4. Камера и принцип ее работы
  5. Электричество и магнетизм  5.1. Электростатика  5.1.1. Электрический заряд и его свойства  5.1.2. Проводники и изоляторы  5.1.3. Coulomb's law  5.1.4. Электрическое поле и линии поля  5.1.5. Electric potential and potential difference  5.1.6. Конденсаторы и емкость  5.2. Ток электричества  5.2.1. Electric current and its measurement  5.2.2. Закон Ома  5.2.3. Сопротивление и удельное сопротивление  5.2.4. Последовательные и параллельные цепи  5.2.5. Электрическая энергия и мощность  5.2.6. Законы Кирхгофа  5.3. Магнетизм и электромагнетизм  5.3.1. Магнитное поле и линии поля  5.3.2. Магнитные эффекты электрического тока  5.3.3. Электромагнитная индукция  5.3.4. Законы электромагнитной индукции Фарадея  5.3.5. Трансформаторы и их применение  5.3.6. AC and DC current
  6. Современная физика  6.1. Nuclear physics  6.1.1. Структура атома  6.1.2. Атомная модель Бора  6.1.3. Энергетические уровни электронов  6.1.4. Рентгеновские лучи и их применение  6.2. Радиоактивность  6.2.1. Виды радиации  6.2.2. Half-life and radioactive decay  6.2.3. Ядерные реакции и их применения  6.2.4. Деление и Синтез  6.3. Quantum physics  6.3.1. Дуализм волна-частица  6.3.2. Photoelectric effect  6.3.3. Квантизация энергии  6.3.4. Принцип неопределённости Гейзенберга
  7. Электроника и связь  7.1. Полупроводники  7.1.1. Проводники, изоляторы и полупроводники  7.1.2. Диоды и их применение  7.1.3. Транзисторы и логические элементы  7.1.4. Светодиоды и фотодиоды  7.2. Системы Коммуникации  7.2.1. Основы коммуникации  7.2.2. Аналоговые и цифровые сигналы  7.2.3. Беспроводная связь и оптоволоконная связь  7.2.4. Радиоволны и модуляция

Десятый класс → Электроника и связь → Полупроводники ↓


Транзисторы и логические элементы


Транзисторы и логические элементы являются фундаментальными компонентами в электронике, особенно в системах связи. Эти элементы лежат в основе всех цифровых схем, служа строительными блоками, которые позволяют компьютерам и электронным устройствам выполнять сложные операции.

Что такое транзистор?

Транзистор — это небольшое электронное устройство, которое может функционировать как переключатель или усилитель. Он сделан из полупроводникового материала, обычно кремния, и используется для управления потоком электрического тока в цепи. Транзисторы являются ключевыми компонентами большинства электронных устройств, позволяя им обрабатывать сигналы и выполнять функции.

Структура транзистора

У транзисторов три основные части, называемые выводами:

  • Эмиттер: Часть транзистора, которая излучает (или выпускает) электроны.
  • База: Вывод, который управляет работой транзистора.
  • Коллектор: Часть, которая собирает электроны, эмитируемые эмиттером.

Существует два основных типа транзисторов:

  • Биполярный транзистор (BJT): Имеет три слоя полупроводникового материала. Может быть NPN или PNP. Буквы обозначают тип используемого полупроводника.
  • Полевой транзистор (FET): Использует электрическое поле для управления электрическим током. К распространенным типам относятся МОП-транзисторы (металлооксидные полевые транзисторы).

Как работают транзисторы

Транзисторы работают, используя небольшой ток для управления большим током. Рассмотрим, как работают BJT:

NPN Транзистор: Этот тип транзистора включается, когда на базу подается положительный ток. Ток течет от коллектора к эмиттеру.

PNP Транзистор: Этот тип включается, когда на базу подается отрицательный ток. Ток течет от эмиттера к коллектору.

В простых терминах, базовый ток в обоих типах позволяет большому току течь между коллектором и эмиттером. Эта способность позволяет транзистору усиливать сигнал.

Транзистор как переключатель

Основное использование транзисторов - переключатели. В этом случае они могут либо проводить, либо блокировать ток, как открытие и закрытие клапана в водопроводной трубе.

        Если базовый ток > 0: Транзистор ВКЛЮЧЕН (действует как замкнутый переключатель) Иначе: Транзистор ВЫКЛЮЧЕН (действует как разомкнутый переключатель)

Этот принцип широко используется в компьютерах и других цифровых системах, где бинарные сигналы (0 и 1) обрабатываются путем переключения транзисторов в состояние включено и выключено.

Визуальный пример работы транзистора

Рассмотрим простую схему, содержащую переключатель, батарею и лампочку:

Переключатель Лампочка

Когда переключатель замкнут, цепь замыкается, и лампочка загорается. Аналогично, транзистор в состоянии "включено" позволяет току течь, замыкая цепь.

Транзистор как усилитель

Кроме использования в качестве переключателей, транзисторы также могут действовать как усилители, делая слабые сигналы более мощными. Это важно в таких приложениях, как аудиосистемы, где небольшой входной аудиосигнал необходимо усилить для управления громкоговорителем.

Как работает усиление

Когда на базу BJT подается небольшой входной ток, он управляет большим током, протекающим от коллектора к эмиттеру. Этот процесс увеличивает мощность выходного сигнала.

        Входной сигнал -> База Более мощный выход -> Коллектор к эмиттеру Усиление = Выходной сигнал / Входной сигнал

Визуальный пример усиления с транзисторами

Вот концептуальная иллюстрация того, как работает аудиоусилитель:

Вход Усилитель Выход

Этот усилитель принимает небольшую входную волну и выдает более крупную волну, демонстрируя процесс усиления.

Понимание логических элементов

Логические элементы — это цифровые компоненты, обрабатывающие двоичные сигналы. Они выдают одно двоичное значение, выполняя логические операции над одним или несколькими двоичными входами.

Основные типы логических элементов

  • Логический элемент И: Выдает единицу (1), только если все его входы равны истине.
  • Логический элемент ИЛИ: Выдает единицу (1), если хотя бы один из его входов равен истине.
  • Логический элемент НЕ (Инвертор): Выдает результат, противоположный своему входу.
  • Логический элемент НЕ-И: Выдает ноль (0), только когда все его входы равны истине.
  • Логический элемент НЕ-ИЛИ: Выдает единицу (1), только когда все его входы ложны.
  • Логический элемент XOR: Выдает единицу (1), если его входы различны.
  • Логический элемент XNOR: Выдает единицу (1), если его входы равны.

Каждый тип элемента может быть представлен таблицей истинности, которая показывает, как результат зависит от входных данных. Логические элементы можно комбинировать для создания сложных цифровых схем, таких как те, которые встречаются в компьютерах и другой электронике.

Логический элемент И

        Входы | Выход AB | Y ======= 0 0 | 0 0 1 | 0 1 0 | 0 1 1 | 1

Логический элемент ИЛИ

        Входы | Выход AB | Y ======= 0 0 | 0 0 1 | 1 1 0 | 1 1 1 | 1

Логический элемент НЕ

        Вход | Выход A | Y ====== 0 | 1 1 | 0

Визуальный пример логических элементов

Вот простой пример того, как работает логический элемент И:

A B Y

Когда оба входа A и B равны 1, выход Y также будет 1. Если хотя бы один из A или B равен 0, выход будет 0.

Комбинация логических элементов

Сложные цифровые схемы можно создать, комбинируя логические элементы. Например, простую операцию сложения можно выполнить с помощью комбинации логических элементов XOR и AND.

        Сумма = A XOR B Перенос = A AND B

Эти операции формируют основу арифметико-логических устройств (ALU) в компьютерах, которые выполняют математические вычисления и логические операции.

Применение транзисторов и логических элементов

Транзисторы и логические элементы используются в бесчисленных приложениях в различных областях. Вот несколько примеров:

  • Компьютеры: Центральные процессоры (ЦП) используют миллионы транзисторов для выполнения вычислений и логических операций. Логические элементы формируют основу для принятия решений компьютером.
  • Системы связи: Модемы и маршрутизаторы полагаются на транзисторы для усиления и переключения сигналов. Логические элементы помогают кодировать и декодировать данные.
  • Потребительская электроника: Смартфоны, телевизоры и игровые приставки используют транзисторы и логические элементы для управления своими функциями.
  • Автомобильные системы: Автомобили используют электронные блоки управления (ЭБУ) с транзисторами и логическими элементами для управления различными компонентами, такими как управление двигателем и информационно-развлекательные системы.

Понимание транзисторов и логических элементов важно для всех, кто интересуется электроникой и связью, так как эти компоненты формируют основу современной технологии.


Десятый класс → 7.1.3


U
username
0%
завершено в Десятый класс

← Предыдущий (7.1.2)
Диоды и их применение
Следующий (7.1.4) →
Светодиоды и фотодиоды

Комментарии 



Транзисторы и логические элементы

https://www.physicsflow.com/g10/7.1.3?pfal=ru