Transistor come interruttore

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

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Obiettivo

Vedere come una piccola corrente di base controlla una grande corrente di collettore, e misurare il guadagno di corrente del transistor.

Il montaggio

Un generatore da 6 V. Circuito di base: un interruttore, un resistore da 4,7 kΩ e un amperometro — alla base di un transistor NPN (\(\beta\) = 100). Circuito di collettore: una lampadina da 6 V / 0,5 W e un amperometro — al collettore. L'emettitore è collegato al polo negativo del generatore. L'interruttore è chiuso.

Procedimento

1. Annotare le letture dei due amperometri e trovare il rapporto tra la corrente di collettore e la corrente di base.
2. Aprire l'interruttore, poi richiuderlo. Osservare la lampadina.
3. Nel pannello dei parametri del resistore di base sostituire 4,7 kΩ con 47 kΩ. Annotare di nuovo le due correnti e trovare il loro rapporto.
4. Nel pannello dei parametri del transistor cambiare il guadagno di corrente \(\beta\) da 100 a 200.

Risultato atteso

La corrente di base è di circa 1,1 mA, quella di collettore di circa 82 mA — la lampadina è accesa quasi a piena luminosità. Il rapporto tra le correnti è di circa 73, minore di \(\beta\): il transistor è in saturazione, e la corrente di collettore ora è limitata dalla lampadina, non dalla base. Senza corrente di base il transistor è interdetto, e la lampadina si spegne. Con il resistore da 47 kΩ la corrente di base è di circa 0,11 mA, quella di collettore di circa 11 mA, e la lampadina non si illumina anche se la corrente circola: il filamento si scalda solo fino a 960 K; il rapporto tra le correnti è uguale a \(\beta\) = 100. Con \(\beta\) = 200 la corrente di collettore raddoppia, fino a 23 mA, mentre la corrente di base quasi non cambia. In un transistor reale \(\beta\) non si sceglie: varia tra transistor dello stesso tipo, da 100 a 300, e il rapporto tra le correnti con il resistore da 47 kΩ mostrerà il \(\beta\) del transistor che sta usando.

Domande

1. Quante volte la corrente che accende la lampadina è più piccola della corrente della lampadina stessa?
2. Perché con il resistore da 4,7 kΩ il rapporto tra le correnti è minore di \(\beta\), mentre con 47 kΩ è uguale?
3. Qual è il resistore di base più grande che porta ancora il transistor in saturazione con questa lampadina?

Risposte

1. Circa 73 volte: una corrente di base di circa 1,1 mA comanda nella lampadina una corrente di circa 82 mA.
2. Con 4,7 kΩ la corrente di base di 1,1 mA consentirebbe \(\beta \cdot I_B\) ≈ 110 mA, più di quanto la lampadina lasci passare a 6 V, circa 82 mA. Il transistor è saturo: la tensione tra collettore ed emettitore è piccola, la lampadina e il generatore determinano la corrente, e un'ulteriore corrente di base non la aumenta. Con 47 kΩ, \(\beta \cdot I_B\) ≈ 11 mA è molto al di sotto di quanto lascerebbe passare la lampadina, il transistor lavora in zona attiva, e la corrente di collettore è uguale a \(\beta\) volte la corrente di base.
3. La saturazione richiede che \(\beta \cdot I_B\) sia almeno pari alla corrente della lampadina, quindi \(I_B\) ≥ 82 mA / 100 = 0,82 mA. Ai capi del resistore di base ci sono circa 1,1 mA · 4,7 kΩ ≈ 5,2 V, quindi \(R_B\) ≤ 5,2 V / 0,82 mA ≈ 6,3 kΩ, circa 6 kΩ. In pratica si usa un resistore alcune volte più piccolo, per tenere un margine rispetto alla dispersione di \(\beta\).