Транзисторний ключ

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

Відкрити повну версію ↗

Мета

Побачити, як малий струм бази керує великим струмом колектора, і виміряти коефіцієнт підсилення транзистора за струмом.

Установка

Джерело 6 В. Коло бази: вимикач, резистор 4,7 кОм і амперметр — до бази транзистора n-p-n (\(\beta\) = 100). Коло колектора: лампочка 6 В / 0,5 Вт і амперметр — до колектора. Емітер під’єднано до негативної клеми джерела. Вимикач замкнений.

Хід роботи

1. Запишіть показання обох амперметрів і знайдіть відношення струму колектора до струму бази.
2. Розімкніть вимикач, а потім знову замкніть його. Спостерігайте за лампочкою.
3. У картці параметрів резистора бази замініть 4,7 кОм на 47 кОм. Знову запишіть обидва струми і знайдіть їхнє відношення.
4. У картці параметрів транзистора змініть коефіцієнт підсилення \(\beta\) зі 100 на 200.

Очікуваний результат

Струм бази — близько 1,1 мА, струм колектора — близько 82 мА: лампочка світить майже на повну яскравість. Відношення струмів — близько 73, менше за \(\beta\): транзистор у режимі насичення, і струм колектора тепер обмежує лампочка, а не база. Без струму бази транзистор закритий, і лампочка гасне. З резистором 47 кОм струм бази — близько 0,11 мА, струм колектора — близько 11 мА, і лампочка не світиться, хоча струм тече: нитка розжарення нагрівається лише до 960 К; відношення струмів дорівнює \(\beta\) = 100. З \(\beta\) = 200 струм колектора подвоюється, до 23 мА, а струм бази майже не змінюється. У справжнього транзистора \(\beta\) не вибирають: цей коефіцієнт різний у транзисторів одного типу, від 100 до 300, і відношення струмів з резистором 47 кОм покаже \(\beta\) саме вашого транзистора.

Запитання

1. У скільки разів струм, який вмикає лампочку, менший за струм самої лампочки?
2. Чому з резистором 4,7 кОм відношення струмів менше за \(\beta\), а з 47 кОм дорівнює йому?
3. За якого найбільшого опору резистора бази транзистор із цією лампочкою ще переходить у насичення?

Відповіді

1. Приблизно в 73 рази: струм бази близько 1,1 мА вмикає струм лампочки близько 82 мА.
2. З 4,7 кОм струм бази 1,1 мА допускав би \(\beta \cdot I_B\) ≈ 110 мА — більше, ніж лампочка пропускає за 6 В, близько 82 мА. Транзистор насичений: напруга між колектором і емітером мала, струм задають лампочка і джерело, і додатковий струм бази його не збільшує. З 47 кОм \(\beta \cdot I_B\) ≈ 11 мА — значно менше, ніж пропустила б лампочка, транзистор працює в активному режимі, і струм колектора в \(\beta\) разів більший за струм бази.
3. Для насичення потрібно, щоб \(\beta \cdot I_B\) був не менший за струм лампочки, тобто \(I_B\) ≥ 82 мА / 100 = 0,82 мА. На резисторі бази напруга близько 1,1 мА · 4,7 кОм ≈ 5,2 В, тому \(R_B\) ≤ 5,2 В / 0,82 мА ≈ 6,3 кОм, тобто близько 6 кОм. На практиці беруть резистор у кілька разів меншого опору, щоб мати запас на розкид \(\beta\).