> Спасибо за названия книжек. Для меня букварём была книга "Электроника", У меня это был Титце/Шенк в основном. С говорящм названием "полупроводниковая схемотехника". Попалось как-то в юном возрасте (довольно старая книга, писалась в конце 70-х или начале 80-х, но на удивление до сих пор многое актуально). Разумеется там есть "вышка" и поначалу "матан" вызывал взрыв мозга, хотя общий смысл был понятен. А потом я его выучил, куда ж я денусь. Увы, не описываются меняющиеся процессы без интегирования и дифференцирования. В школе поезда моментально набирают 80 км/ч и дальше постоянно едут с этой скоростью все 600 километров. А "поезд разгоняется со станции с ноля, ускорение в зависимости от времени меняется по формуле ..., через сколько времени поезд отъедет от станции на километр?" - школьники в жизни не посчитают. Хотя казалось бы, мы просто сделали наш поезд в задаче чуть более похожим на настоящие, которые на вокзалах реально стоят. Ну вот с арифметикой можно описать только простые статичные цепи постоянного тока, в допущении что батарейки не садятся и импульсных процессов нет. Так даже древний фонарик с лампочкой описывается очень приблизительно, а уж современный светодиодник с микропроцессором и импульсным преобразователем - ну вы поняли.
> сначала нужно поэкспериментировать на практике, а затем осознать всё происходящее через
> теорию.
В первом приближении, если на пальцах, для неандертальцев - все просто. Транзисторы - это всего лишь ключи, коммутирующие ток через участок коллектор-эмиттер (биполярники) или сток-исток(полевики). Управляемые током на участке эмиттер-база (биполярные) или напряжением между затвором и истоком (полевики). Далее я в основном про более-менее обычные N-P-N биполярники и N-канальные нормально-закрытые MOSFETы, как наиболее распостраненные. В этом случае нулем потенциала считается земляной провод, эмиттер (или затвор) будет иметь положительный потенциал относительно него. Эмиттер/исток может быть или присоединен к земле или к нагрузке, зависит от того с какой стороны нагрузка - может быть как со стороны эмиттера(истока), так и со стороны коллектора(стока). Чаще второе, но валиден и первый вариант, с некоторыми оговорками.
1) По мере увеличения тока база-эмиттер (или напряжения затвор-исток) транзистор сначала работает как линейный усилительный элемент. По мере увеличения тока базы (или напряжения затвор-исток), ток через транзистор пропорционально увеличивается. Коэффициенты описывающие эти пропорции - интересны вам, если вы считаете аналоговые усилители и т.п.. В этом режиме транзистор может усиливать ток/напряжение/мощность сигнала. Что позволяет разнообразные аналоговые схемы типа усилителей. Т.к. прямая описывающая усиление на этом участке не идеальная (если посмотреть ее в букварях и даташитах можно заметить что прямая она лишь на середине, а на малых сигналах и больших сигналах оно вовсе даже и не прямая) - у усилителей получается некая нелинейность. Коэффициент нелинейных искажений (одна из основных характеристик) - как раз об этом.
2) Если ток базы или напряжение затвора растет дальше, однажды наступает момент когда транзистор уже полностью открыт и сильнее открываться уже не может. Этот режим называется режимом насыщения. В этом режиме транзисторы используют как именно ключи с двоичным управлениям, т.к. это наиболее эффективный режим в котором транзистор может работать как ключ. Дальнейший рост тока базы или напряжения затвора не увеличивает ток через и так уже полностью открытый транзистор. В этом месте есть некое отличие. Полностью открытый биполярник обладает неким напряжением насыщения, это некое минимальное напряжение эмиттер-коллектор, которое данный транзистор вообще может изобразить. Остальное напряжение источника питания падает на нагрузке в цепи эмиттера или коллектора, ток через нагрузку максимально возможный в данной схеме - "ключ включен". Полевик не имеет фиксированного падения напряжения между истоком и стоком. Вместо этого он ведет себя как омическое сопротивление, величина которого зависит от напряжения затвор-исток, с некоторого момента сопротивление уменьшается слабо и ток почти не растет. Выход на это плато характеристики называется работой в режимом насыщения и ключи работают именно в этом режиме по соображениям минимальных потерь на транзисторе в открытом состоянии. Из-за такой разницы в свойствах, в низковольтных сильноточных цепях (например, преобразователи напряжений, типа стабилизатора питания проца на мамке, где напряжение около вольта, зато ток 100А - обычное дело) обычно используют силовые полевики, оптимизированные на минимальное сопротивление. Потому что потеря нескольких десятых от вольта на биполярнике - это продолб несокльких десятков процентов коммутируемой энергии на ключах, с соответствующим нагревом оных и хреновым КПД. С другой стороны, в высоковольтных цепях, потеря нескольких десятых вольта - уже не такая проблема, КПД получается очень даже приличным, а у высоковольтных полевиков к тому же сопротивление канала высокое и на границе порядка 200 вольт и выше биполярники могут уже начать выигрывать по потерям. Поэтому высоковольтные ключи зачастую биполярные.
3) А поскольку всем хочется и на елку влезть и зад не ободрать, т.к. силовой биполярник обладает низким усилением и требует вкачивать достаточно большой ток в базу, что неудобно с точки зрения управления оным, появилась такая отдельная вещь как IGBT - составной транзистор, на входе полевик, который управляет мощным биполярником, все это сформировано на 1 кристалле, по поводу чего и название. IGBT позволяют ворочать весьма убедительными мощностями при относительно простой схеме управления, не озабоченной вопросом где брать для управления большой ток базы силового биполярника - он его сам себе своим полевиком делает, а полевик вообще напряжением управляется, без тока (кроме начального заряда емкости затвора разумеется). В принципе, составные транзисторы бывают и в других вариантах, ничему не противоречит смешивать полевики и биполярники для управления друг другом в разных комбинациях (составной транзистор из 2 разных как правило называется "транзистор Дарлингтона" и используется в случаях если усиления 1 транзистора не хватает).
4) Интересной штукой являются logic level FET. Их характеристики оптимизированы таким образом, что они полностью уходят в насыщение при напряжении затвора в 5V или даже 3.3V относительно земли, а иногда и ниже. Тогда как обычный силовой FET хочет порядка 10V. Это позволяет микроконтроллерам и прочим цифровым схемам непосредственно рулить мощными нагрузками просто взмахом GPIO лапок. Там есть свои моменты связанные с тем что полевик все-таки достаточно приличный "конденсатор" а порты I/O слаботочные, что налагает лимиты на частоту щелкания и прочее. Плюс при высоком коммутируемом напряжении - через емкость затвора может приехать паразитный высоковольтный импульс, который I/O портам не нравится, что требует специальных мер. Но в целом можно из мелкого и хилого микроконтроллера относительно просто подергать что-нибудь убедительное, сильноточное.
p.s. характеристики FETов можно посмотреть например в даташитах. Допустим от IR. Вполне доходчивые семейства характеристик. И тестовые схемы по которым они сняты нарисованы. Можно такую же схему собрать на коленке и поиграться, посмотрев как оно выглядит. Один-два переменных резистора, какой-нибудь резистор или лампочку в нагрузку и т.п. найти не сложно. Если в режиме ключа, полевик, N-канал - выглядит как-то так (из википедии): https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/4/4a/Mosfet_...
