انتقل إلى المحتوى

الترانزستور مفتاحًا

المناهج: Sek I/II, A-level (Electronics), electronics courses

فتح المختبر الكامل ↗

الهدف

ملاحظة كيف يتحكم تيار قاعدة صغير في تيار مجمِّع كبير، وقياس معامل تكبير التيار للترانزستور.

التجهيز

مصدر 6 V. دائرة القاعدة: مفتاح ومقاومة 4.7 kΩ وأميتر، إلى قاعدة ترانزستور NPN (\(\beta\) = 100). دائرة المجمِّع: مصباح 6 V / 0.5 W وأميتر، إلى المجمِّع. الباعث موصول بالطرف السالب للمصدر. المفتاح مغلق.

خطوات العمل

  1. سجّل قراءتي الأميترين وأوجد نسبة تيار المجمِّع إلى تيار القاعدة.
  2. افتح المفتاح، ثم أغلقه مرة أخرى. راقب المصباح.
  3. في بطاقة المعاملات لمقاومة القاعدة، ضع 47 kΩ بدلًا من 4.7 kΩ. سجّل التيارين مرة أخرى وأوجد نسبتهما.
  4. في بطاقة المعاملات للترانزستور، غيّر معامل تكبير التيار \(\beta\) من 100 إلى 200.
النتيجة المتوقعة

تيار القاعدة نحو 1.1 mA، وتيار المجمِّع نحو 82 mA، فيضيء المصباح بسطوع كامل تقريبًا. نسبة التيارين نحو 73، أي أقل من \(\beta\): الترانزستور في حالة التشبع، وصار تيار المجمِّع محدودًا بالمصباح لا بالقاعدة. من دون تيار قاعدة يكون الترانزستور في حالة القطع، وينطفئ المصباح. مع المقاومة 47 kΩ يكون تيار القاعدة نحو 0.11 mA، وتيار المجمِّع نحو 11 mA، ولا يتوهج المصباح مع أن التيار يمر: لا يسخن الفتيل إلا إلى 960 K؛ ونسبة التيارين تساوي \(\beta\) = 100. مع \(\beta\) = 200 يتضاعف تيار المجمِّع فيصبح 23 mA، بينما لا يكاد تيار القاعدة يتغير. في الترانزستور الحقيقي لا تختار \(\beta\) بنفسك: فهو يختلف بين ترانزستورات النوع نفسه، من 100 إلى 300، وستُظهر نسبة التيارين مع المقاومة 47 kΩ قيمة \(\beta\) لترانزستورك تحديدًا.

الأسئلة

  1. كم مرة يصغر التيار الذي يشغّل المصباح عن تيار المصباح نفسه؟
  2. لماذا تكون نسبة التيارين أقل من \(\beta\) مع المقاومة 4.7 kΩ، لكنها تساويه مع 47 kΩ؟
  3. ما أكبر مقاومة قاعدة تُدخل الترانزستور في التشبع مع هذا المصباح؟
الإجابات
  1. نحو 73 مرة: تيار قاعدة نحو 1.1 mA يشغّل تيار مصباح نحو 82 mA.
  2. مع 4.7 kΩ يسمح تيار القاعدة 1.1 mA بتيار \(\beta \cdot I_B\) ≈ 110 mA، وهو أكثر مما يمرره المصباح عند 6 V، أي نحو 82 mA. الترانزستور مشبع: الجهد بين المجمِّع والباعث صغير، والمصباح والمصدر يحددان التيار، وزيادة تيار القاعدة لا ترفعه. مع 47 kΩ يكون \(\beta \cdot I_B\) ≈ 11 mA أقل بكثير مما يمرره المصباح، فيعمل الترانزستور في الوضع الفعال، ويساوي تيار المجمِّع تيارَ القاعدة مضروبًا في \(\beta\).
  3. يتطلب التشبع أن يكون \(\beta \cdot I_B\) مساويًا لتيار المصباح على الأقل، أي \(I_B\) ≥ 82 mA / 100 = 0.82 mA. وعلى مقاومة القاعدة نحو 1.1 mA · 4.7 kΩ ≈ 5.2 V، فيكون \(R_B\) ≤ 5.2 V / 0.82 mA ≈ 6.3 kΩ، أي نحو 6 kΩ. وفي الممارسة تُستخدم مقاومة أصغر بعدة مرات، لترك هامش لتفاوت \(\beta\).