Транзисторный ключ

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

Открыть полную версию ↗

Цель

Увидеть, как малый ток базы управляет большим током коллектора, и измерить коэффициент усиления транзистора по току.

Установка

Источник 6 В. Цепь базы: выключатель, резистор 4,7 кОм и амперметр — к базе транзистора n-p-n (\(\beta\) = 100). Цепь коллектора: лампочка 6 В / 0,5 Вт и амперметр — к коллектору. Эмиттер подключён к отрицательному полюсу источника. Выключатель замкнут.

Ход работы

1. Запишите показания обоих амперметров и найдите отношение тока коллектора к току базы.
2. Разомкните выключатель, затем снова замкните его. Наблюдайте за лампочкой.
3. В карточке параметров резистора базы замените 4,7 кОм на 47 кОм. Снова запишите силу тока базы и коллектора и найдите отношение токов.
4. В карточке параметров транзистора измените коэффициент усиления \(\beta\) со 100 на 200.

Ожидаемый результат

Ток базы около 1,1 мА, ток коллектора около 82 мА — лампочка горит почти в полный накал. Отношение токов около 73, меньше \(\beta\): транзистор в насыщении, и ток коллектора теперь ограничивает лампочка, а не база. Без тока базы транзистор закрыт, и лампочка гаснет. С резистором 47 кОм ток базы около 0,11 мА, ток коллектора около 11 мА, и лампочка не светится, хотя ток течёт: нить нагревается только до 960 К; отношение токов равно \(\beta\) = 100. При \(\beta\) = 200 ток коллектора удваивается, до 23 мА, а ток базы почти не меняется. У реального транзистора \(\beta\) не выбирают: он различается у транзисторов одного типа, от 100 до 300, и отношение токов с резистором 47 кОм покажет \(\beta\) именно вашего транзистора.

Вопросы

1. Во сколько раз ток, который включает лампочку, меньше собственного тока лампочки?
2. Почему с резистором 4,7 кОм отношение токов меньше \(\beta\), а с 47 кОм равно ему?
3. При каком наибольшем сопротивлении резистора базы транзистор с этой лампочкой ещё входит в насыщение?

Ответы

1. Примерно в 73 раза: ток базы около 1,1 мА включает ток лампочки около 82 мА.
2. С 4,7 кОм ток базы 1,1 мА допускал бы \(\beta \cdot I_B\) ≈ 110 мА — больше, чем лампочка пропускает при 6 В, около 82 мА. Транзистор насыщен: напряжение между коллектором и эмиттером мало, ток задают лампочка и источник, и дополнительный ток базы его не увеличивает. С 47 кОм \(\beta \cdot I_B\) ≈ 11 мА — намного меньше того, что пропустила бы лампочка, транзистор работает в активном режиме, и ток коллектора в \(\beta\) раз больше тока базы.
3. Для насыщения \(\beta \cdot I_B\) должно быть не меньше тока лампочки, то есть \(I_B\) ≥ 82 мА / 100 = 0,82 мА. На резисторе базы около 1,1 мА · 4,7 кОм ≈ 5,2 В, поэтому \(R_B\) ≤ 5,2 В / 0,82 мА ≈ 6,3 кОм, около 6 кОм. На практике берут резистор в несколько раз меньше, чтобы оставить запас на разброс \(\beta\).