1. BEVEZETÉS 1948. december huszonnegyedike van. A Bell Laboratóriumban három ember hajol egy kristálydarabka és a köréje épített mérési összeállítás fölé. A három ember: Shockley, Bardeen és Brattain, a kis germánium kristály pedig az őstranzisztor. Nagyon régóta dolgoznak már azon, hogy felváltsák az egyeduralkodó elektroncsövet (izzókatód + vákuum + üvegbúra) egy szilárdtest erősítő elemmel És most ezen az estén, a történelemben először jel-erősítést mutatnak ki egy kristályban, kis teljesítményerősítést, kis, W-os szinten, de erősítést. Kutató munkájuk meghozta eredményét: egy új korszakot! Érdekes lenne elképzelni a világot félvezető eszközök nélkül: milyenek lennének a rádiók, műszerek, lenne-e GSM, számítógép? Egész életünket az elektronika veszi körül. Tudjuk, hogy mindennapi használati tárgyainkban olyan processzorok vannak, amelyek egyetlen lapkán több millió tranzisztort tartalmaznak. Sok vita forrása, hogy egy elektronikával foglalkozó embernek érdemes-e mindenképpen megtanulnia az egyetlen tranzisztor működését is. Nem elegendő-e, ha kész egységekben (ICkben, modulokban) gondolkozik. Hiszen a mai készülékek úgy is ezekből épülnek fel (pl. műveleti erősítőkből, PLL-ekből, mikroszámítógépekből), ritkán kell egy, vagy néhány tranzisztorból áramkört összeállítani. E könyv szerzőjének személyes meggyőződése: érdemes megismerkedni a félvezető eszközök működésének alapjaival, ha másért nem, azért, mert az elektronikus egységek tranzisztorokkal kezdődnek a bemenetükön, és ugyanúgy tranzisztorok, PN-átmenetek vannak a kimenetükön is. Nekünk ezekhez kell csatlakoznunk, természetes hát, hogy ismernünk kell az itt található alkatrészek működését, feszültségeit, áramait, stb. Ezen kívül a gyakorlatban sokszor találkozunk olyan újabb eszközökkel, amelyek szerepét, működését nem érthetjük meg a félvezetőkről szóló alapismeretek nélkül. Azt sem mondhatjuk ki, hogy sohasem kell tranzisztoros egy- vagy több fokozatú elektronikát készítenünk, működtetnünk (pl. egységek egymáshoz illesztésekor közbülső áramkörként). Végül talán a legfontosabb: készülékek bemérésekor, valamint az elromlott berendezések javításakor egy-egy alkatrészről egyértelműen el kell döntenünk, hogy jó-e, jól működike, vagy sem. Lássuk be: a félvezetők ismerete nélkül egy méréshez, ellenőrzéshez nem is érdemes hozzákezdeni! A két kötetes tankönyv első kötetében ennek megfelelően először röviden a félvezetőkkel foglalkozunk, majd a PN-átmenet (dióda) működését, felhasználását és az ehhez szükséges elektrotechnikai alapokat ismerjük meg. Attól (sajnos) nem kell tartani, hogy e tankönyv részletesen taglalja az elektronfizikát, a félvezetők elméletét. Célja inkább az, hogy amennyire lehetséges, szinte kézzel fogható, szemléletes képet nyújtson a PN átmenetről, a tranzisztorok működéséről (arról, hogy miként erősítenek, hogy mire jöttek rá annak idején a Bell Laboratórium tudósóriásai ). Ebben a kötetben az erősítők jellemzőinek áttekintése után a legnagyobb részletességgel és a terjedelem legnagyobb részében a bipoláris és a térvezérlésű tranzisztorok működése a téma. A tranzisztorokat mindjárt áramkörrel vesszük körül, egyszerű erősítő kapcsolásokba helyezzük, és így vizsgáljuk őket, átlátva működésüket. Reméljük, hogy a tárgyalásmód, ha nem is könnyű, de meglehetősen olvasmányos. Egyes helyeken a szöveg redundáns, ismétlésekbe bocsátkozik azért, hogy a lehető legkevesebbszer kelljen visszalapozni, valaminek utánanézni. Zsom Gyula: Elektronika I. 5
1. Bevezetés Ezen alapozás után a második kötetben már belevágunk az erősítők és az elektronika áramköreinek tárgyalásába: egy- és többfokozatú erősítők, visszacsatolások, teljesítményerősítők, frekvenciafüggés, műveleti erősítők, és alkalmazásuk, oszcillátorok, egyenirányítók tápegységek, PLL, analóg kapcsolók, analóg digitális, digitális analóg átalakítók, ezek a főbb témakörök. Kérjük a kedves olvasót, hogy fogadja szívesen e két kötetet, és próbáljon attól elvonatkoztatni, hogy ami benne van, kötelező tananyag a lényeg az ELEKTRONIKA! Budapest, 1997. december A Szerző 6 Zsom Gyula: Elektronika I.