Транзистор
Это понятие впервые встречается на программе «Электроника, программирование и инженерная практика» — примерно 13-14 лет (7-8 класс).
Электронный выключатель без кнопки: маленький ток командует — большой подчиняется. Так слабый сигнал включает мотор или яркую лампу.
Кран с водяным управлением: слабая струйка из тонкой трубочки давит на поршень и открывает поток в большой трубе.
На готовом модуле с транзистором включить мотор слабым сигналом — батарейкой через резистор 1 кОм; измерить ток сигнала, сравнить с рабочим током мотора и показать, кто здесь «командует», а кто «работает».
Полупроводниковый элемент с тремя выводами: небольшой ток или напряжение на управляющем выводе открывает путь большому току между двумя другими. Режим ключа — полностью открыт или закрыт: так плата управляет моторами и светодиодными лентами. Режим усилителя — открыт частично и повторяет форму слабого сигнала в сильном токе.
Собрать транзисторный ключ, которым Arduino включает мотор; найти ошибку в схеме, где мотор подключён к выводу платы напрямую.
Биполярный (BJT: база, коллектор, эмиттер) управляется током базы: Iк ≈ β·Iб, β порядка 100; полевой (MOSFET: затвор, сток, исток) — напряжением затвора, почти не потребляя тока. Для ключа важны предельный ток, падение в открытом состоянии (насыщение или Rds(on)) и защита индуктивной нагрузки обратным диодом. Транзистор — кирпич всей электроники: в современном процессоре их миллиарды.
Рассчитать базовый резистор ключа на BJT для нагрузки 200 мА (β = 100, запас по току базы ×5), собрать ключ и измерить падение на открытом транзисторе.
Частое заблуждение
«Транзистор усиливает сигнал из ничего». Нет: энергию даёт источник питания; транзистор лишь управляет большим током по команде слабого сигнала.