晶体管开关
课程标准： Sek I/II, A-level (Electronics), electronics courses
实验目的¶
观察小的基极电流怎样控制大的集电极电流，并测量三极管的电流放大系数。
实验装置¶
6 V 电压源。基极回路：开关、4.7 kΩ 电阻和电流表，接到 NPN 三极管（\(\beta\) = 100）的基极。集电极回路：6 V / 0.5 W 灯泡和电流表，接到集电极。发射极接电压源负极。开关闭合。
实验步骤¶
- 记录两只电流表的示数，求出集电极电流与基极电流之比。
- 断开开关，再重新闭合。观察灯泡。
- 在基极电阻的参数面板中，把 4.7 kΩ 换成 47 kΩ。再次记录两个电流，求出它们的比值。
- 在三极管的参数面板中，把电流放大系数 \(\beta\) 从 100 改为 200。
预期结果
基极电流约为 1.1 mA，集电极电流约为 82 mA，灯泡接近正常发光。电流之比约为 73，小于 \(\beta\)：三极管处于饱和状态，这时集电极电流受灯泡限制，而不是受基极限制。没有基极电流时，三极管截止，灯泡熄灭。使用 47 kΩ 电阻时，基极电流约为 0.11 mA，集电极电流约为 11 mA，虽然有电流通过，灯泡却不发光：灯丝只被加热到 960 K；电流之比等于 \(\beta\) = 100。\(\beta\) = 200 时，集电极电流加倍，达到 23 mA，而基极电流几乎不变。真实三极管的 \(\beta\) 不是可以选择的：即使型号相同，不同三极管的这个值也各不相同，从 100 到 300 都有，用 47 kΩ 电阻时的电流之比会显示出您手中这只三极管的 \(\beta\)。
问题¶
- 灯泡自身的电流是使它点亮的电流的多少倍？
- 为什么使用 4.7 kΩ 电阻时电流之比小于 \(\beta\)，而使用 47 kΩ 时与它相等？
- 对于这只灯泡，仍能使三极管进入饱和状态的基极电阻最大是多少？
答案
- 约 73 倍：约 1.1 mA 的基极电流就能接通约 82 mA 的灯泡电流。
- 使用 4.7 kΩ 时，1.1 mA 的基极电流允许 \(\beta \cdot I_B\) ≈ 110 mA，超过灯泡在 6 V 下能通过的约 82 mA。三极管饱和：集电极与发射极之间的电压很小，电流由灯泡和电压源决定，增大基极电流也不会使它增大。使用 47 kΩ 时，\(\beta \cdot I_B\) ≈ 11 mA，远低于灯泡所能通过的电流，三极管工作在放大区，集电极电流等于基极电流的 \(\beta\) 倍。
- 饱和要求 \(\beta \cdot I_B\) 至少等于灯泡电流，所以 \(I_B\) ≥ 82 mA / 100 = 0.82 mA。基极电阻两端的电压约为 1.1 mA · 4.7 kΩ ≈ 5.2 V，所以 \(R_B\) ≤ 5.2 V / 0.82 mA ≈ 6.3 kΩ，约 6 kΩ。实际中会使用阻值只有它几分之一的电阻，为 \(\beta\) 的分散性留出余量。