Использование транзистора как электрически управляемого ключа

Детали и материалы

• Два 6-вольтовых аккумулятора
• Один NPN транзистор (2N2222 или 2N3403 рекомендуются; Radio Shack #276-1617 предлагает набор из пятнадцати)
• Один резистор 100 кОм
• Один резистор 560 Ом
• Один светодиод (Radio Shack #276-026 или любой стандартный LED)

Значения резисторов и конкретный тип светодиода не критичны для демонстрации.

Перекрестные ссылки

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Chapter 4: «Bipolar Junction Transistors».

Цели обучения

• Понять токовое усиление в биполярном транзисторе с p-n-p переходом

Схема

Иллюстрация

Инструкции

На схеме показан красный провод, заканчивающийся наконечником-стрелкой и подключенный к одному концу резистора 100 кОм. Оставьте этот провод свободным, чтобы можно было кратковременно касаться им других точек схемы.

Касните свободный конец красного провода к любой точке, которая более положительна, чем он — чаще всего к положительному полюсу источника питания. Светодиод загорится, даже если резистор 100 кОм ограничивает ток всего примерно 0,12 мА (12 В ÷ 100 кОм). Это иллюстрирует, как малый базовый ток может управлять гораздо большим коллекторным током.

Для количественной оценки эффекта используйте амперметр последовательно с красным проводом и подключите его к положительному питанию:

Выберите самый чувствительный диапазон прибора для чтения крошечного базового тока. Затем измерьте ток светодиода и сравните два значения. Обычно вы найдете коэффициент усиления по току больше 200, подтверждая роль транзистора как электрически управляемого ключа.

Для наглядной демонстрации удалите свободный провод и попробуйте замкнуть неподключенный конец резистора 100 кОм на положительный полюс питания двумя пальцами. Смачивание кончиков пальцев может улучшить проводимость. Меняйте давление контакта, чтобы изменять сопротивление в базе; наблюдайте, как меняется яркость светодиода. Это показывает способность транзистора выступать как переменный токовый контроллер, а не только как двоичный ключ.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Нетлист (скопируйте следующий текст в .cir файл):

Transistor as a switch
v1 1 0
r1 1 2 100k
r2 1 3 560
d1 3 4 mod2
q1 4 2 0 mod1
.model mod1 npn bf=200
.model mod2 d is=1e-28
.dc v1 12 12 1
.print dc v(2,0) v(4,0) v(1,2) v(1,3) v(3,4)
.end

Результаты симуляции: Падение напряжения на резисторе 560 Ом (v(1,3)) составляет 10,26 В, соответствующее току светодиода 18,32 мА. Резистор 100 кОм испытывает падение 11,15 В, давая только 111,5 мкА базового тока — подчеркивая способность транзистора к усилению.

Параметр модели диода is=1e-28 моделирует более высокое прямое падение напряжения светодиода.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ

• Bipolar Junction Transistors as Switches Worksheet