Электроника:Эксперименты/Дискретные полупроводниковые схемы/Транзистор как переключатель: различия между версиями
Valemak (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
Нет описания правки |
||
| (не показана 1 промежуточная версия 1 участника) | |||
| Строка 8: | Строка 8: | ||
*Две 6-вольтовые батареи | *Две 6-вольтовые батареи | ||
*Один NPN-транзистор — рекомендуются модели 2N2222 или 2N3403 (каталог Radio Shack №276-1617 – это набор из пятнадцати NPN- | *Один [[NPN-транзистор]] — рекомендуются модели [[2N2222]] или [[2N3403]] (каталог Radio Shack №276-1617 – это набор из пятнадцати [[NPN-транзистор]]ов, идеально подходящий для этого и других экспериментов) | ||
*Один резистор 100 кОм | *Один [[резистор]] 100 кОм | ||
*Один резистор 560 Ом | *Один [[резистор]] 560 Ом | ||
*Один светодиод (каталог Radio Shack №276-026 или аналог) | *Один [[светодиод]] (каталог Radio Shack №276-026 или аналог) | ||
Значения | Значения [[резистор]]ов не являются критическими для этого эксперимента. Также не конкретизирован [[светоизлучающий диод]] (сойдёт практически любой LED). | ||
== Ссылки по теме == | == Ссылки по теме == | ||
| Строка 20: | Строка 20: | ||
== Цели эксперимента == | == Цели эксперимента == | ||
*Усиление тока с помощью | *Усиление тока с помощью [[транзистор]]а с биполярным переходом | ||
== Принципиальная схема == | == Принципиальная схема == | ||
| Строка 32: | Строка 32: | ||
== Ход эксперимента == | == Ход эксперимента == | ||
Красный провод, показанный на схеме (тот, который заканчивается стрелкой и подключён к одному концу | Красный провод, показанный на схеме (тот, который заканчивается стрелкой и подключён к одному концу [[резистор]]а 100 кОм), предназначен для того, чтобы оставаться незакреплённым, так что вы можете на мгновение прикоснуться им к другим точкам цепи. | ||
Если вы прикоснётесь концом незакреплённого провода к любой точке цепи, более положительной, чем он, например, к положительной стороне источника питания постоянного тока, светодиод должен загореться. Для полного свечения стандартного | Если вы прикоснётесь концом незакреплённого провода к любой точке цепи, более положительной, чем он, например, к положительной стороне источника питания постоянного тока, светодиод должен загореться. Для полного свечения стандартного [[светодиод]]а требуется 20 мА, поэтому такое поведение должно показаться вам интересным, потому что [[резистор]] 100 кОм, к которому прикреплён свободный провод, ограничивает ток, проходящий через него до значения, намного меньшего, чем 20 мА. | ||
Максимальное общее напряжение 12 вольт на сопротивлении 100 кОм даёт ток всего 0,12 мА (т.е. 120 мкА)! Соединение, полученное за счёт того, что вы прикоснулись проводом к положительной точке цепи, проводит гораздо меньший ток, чем 1 мА, но благодаря усиливающему действию | Максимальное общее напряжение 12 вольт на сопротивлении 100 кОм даёт ток всего 0,12 мА (т.е. 120 мкА)! Соединение, полученное за счёт того, что вы прикоснулись проводом к положительной точке цепи, проводит гораздо меньший ток, чем 1 мА, но благодаря усиливающему действию [[транзистор]]а может управлять гораздо бо́льшим током через [[светодиод]]. | ||
Попробуйте с помощью | Попробуйте с помощью [[амперметр]]а подключить свободный провод к положительной стороне источника питания, например так: | ||
[[File:VI-5_8_3.png|400px|center|thumb|'''Рис. 3.''' Подключаем свободный провод к положительной стороне источника питания с помощью амперметра.|alt=Рис. 3. Подключаем свободный провод к положительной стороне источника питания с помощью амперметра.]] | [[File:VI-5_8_3.png|400px|center|thumb|'''Рис. 3.''' Подключаем свободный провод к положительной стороне источника питания с помощью амперметра.|alt=Рис. 3. Подключаем свободный провод к положительной стороне источника питания с помощью амперметра.]] | ||
Возможно, вам придётся выбрать наиболее чувствительный диапазон тока на измерителе для измерения этого небольшого расхода | Возможно, вам придётся выбрать наиболее чувствительный диапазон тока на измерителе для измерения этого небольшого расхода [[электрон]]ов. После измерения этого управляющего тока попробуйте измерить ток [[светодиод]]а (управляемый ток) и сравнить величины. | ||
Не удивляйтесь, если вы обнаружите отношение больше 200 (управляемый ток в 200 раз больше, чем управляющий!). Как вы можете видеть, транзистор действует как своего рода электрически управляемый переключатель, включая и выключая ток на светодиоде по команде гораздо меньшего токового сигнала, проводимого через его базовую клемму. | Не удивляйтесь, если вы обнаружите отношение больше 200 (управляемый ток в 200 раз больше, чем управляющий!). Как вы можете видеть, транзистор действует как своего рода электрически управляемый переключатель, включая и выключая ток на светодиоде по команде гораздо меньшего токового сигнала, проводимого через его базовую клемму. | ||
Чтобы ещё раз проиллюстрировать, насколько незначительным является управляющий ток, удалите свободный провод из цепи и попробуйте «перемкнуть» свободный конец | Чтобы ещё раз проиллюстрировать, насколько незначительным является управляющий ток, удалите свободный провод из цепи и попробуйте «перемкнуть» свободный конец [[резистор]]а 100 кОм с положительным полюсом источника питания двумя пальцами одной руки. Возможно, вам придётся смочить кончики этих пальцев, чтобы максимизировать проводимость: | ||
[[File:VI-5_8_4.png|400px|center|thumb|'''Рис. 4.''' Замкните слаботочную управляющую цепь своими пальцами.|alt=Рис. 4. Замкните слаботочную управляющую цепь своими пальцами.]] | [[File:VI-5_8_4.png|400px|center|thumb|'''Рис. 4.''' Замкните слаботочную управляющую цепь своими пальцами.|alt=Рис. 4. Замкните слаботочную управляющую цепь своими пальцами.]] | ||
Попробуйте надавить посильнее/послабее вашими пальцами в этих двух точках цепи, чтобы изменить величину сопротивления на пути управляющего тока. Можно ли таким образом изменить яркость | Попробуйте надавить посильнее/послабее вашими пальцами в этих двух точках цепи, чтобы изменить величину сопротивления на пути управляющего тока. Можно ли таким образом изменить яркость [[светодиод]]а? Что это говорит о способности [[транзистор]]а действовать не только как переключатель? | ||
== Компьютерное моделирование == | == Компьютерное моделирование == | ||
Схема с номерами узлов SPICE: | Схема с номерами узлов [[SPICE]]: | ||
[[File:VI-5_8_5.png|400px|center|thumb|'''Рис. 5.''' Схематическая диаграмма для SPICE: транзистор в качестве переключателя.|alt=Рис. 5. Схематическая диаграмма для SPICE: транзистор в качестве переключателя.]] | [[File:VI-5_8_5.png|400px|center|thumb|'''Рис. 5.''' Схематическая диаграмма для SPICE: транзистор в качестве переключателя.|alt=Рис. 5. Схематическая диаграмма для SPICE: транзистор в качестве переключателя.]] | ||
| Строка 62: | Строка 62: | ||
{{Блок/Инфо2|Список связей SPICE|Transistor as a switch * Транзистор в качестве переключателя<br />v1 1 0<br />r1 1 2 100k<br />r2 1 3 560<br />d1 3 4 mod2<br />q1 4 2 0 mod1<br />.model mod1 npn bf=200<br />.model mod2 d is=1e-28<br />.dc v1 12 12 1<br />.print dc v(2,0) v(4,0) v(1,2) v(1,3) v(3,4)<br />.end}} | {{Блок/Инфо2|Список связей SPICE|Transistor as a switch * Транзистор в качестве переключателя<br />v1 1 0<br />r1 1 2 100k<br />r2 1 3 560<br />d1 3 4 mod2<br />q1 4 2 0 mod1<br />.model mod1 npn bf=200<br />.model mod2 d is=1e-28<br />.dc v1 12 12 1<br />.print dc v(2,0) v(4,0) v(1,2) v(1,3) v(3,4)<br />.end}} | ||
В этом моделировании падение напряжения на | В этом моделировании падение напряжения на [[резистор]]е 560 Ом '''v(1,3)''' оказывается равным 10,26 вольт, что указывает на ток [[светодиод]]а 18,32 мА, значение которого согласуется с [[законом Ома]] (I = E/R). [[Падение напряжения]] на [[резистор]]е R<sub>1</sub> (напряжение между узлами 1 и 2) в конечном итоге составляет 11,15 вольт, что на 100 кОм даёт силу тока всего 111,5 мкА. Очевидно, что очень малый ток в этой цепи контролирует гораздо больший ток. | ||
Если вам интересно, параметр '''is=1e-28''' в строке «.model» диода предназначен для того, чтобы диод вёл себя как светодиод с более высоким падением напряжения в прямом направлении. | Если вам интересно, параметр '''is=1e-28''' в строке «.model» диода предназначен для того, чтобы диод вёл себя как [[светодиод]] с более высоким [[падением напряжения]] в прямом направлении. | ||
=См.также= | =См.также= | ||
=Внешние ссылки= | =Внешние ссылки= | ||
| Строка 74: | Строка 74: | ||
<references /> | <references /> | ||
{{Навигационная таблица/Электроника}} | {{Навигационная таблица/Портал/Электроника}} | ||
[[Категория:SPICE]] | [[Категория:SPICE]] | ||
Текущая версия от 21:54, 22 мая 2023
Транзистор как переключатель[1]
Оборудование и материалы
- Две 6-вольтовые батареи
- Один NPN-транзистор — рекомендуются модели 2N2222 или 2N3403 (каталог Radio Shack №276-1617 – это набор из пятнадцати NPN-транзисторов, идеально подходящий для этого и других экспериментов)
- Один резистор 100 кОм
- Один резистор 560 Ом
- Один светодиод (каталог Radio Shack №276-026 или аналог)
Значения резисторов не являются критическими для этого эксперимента. Также не конкретизирован светоизлучающий диод (сойдёт практически любой LED).
Ссылки по теме
- «Уроки по электрическим цепям», том 3 «Полупроводники», глава 4: «Биполярные транзисторы»
Цели эксперимента
- Усиление тока с помощью транзистора с биполярным переходом
Принципиальная схема
Иллюстрации
Ход эксперимента
Красный провод, показанный на схеме (тот, который заканчивается стрелкой и подключён к одному концу резистора 100 кОм), предназначен для того, чтобы оставаться незакреплённым, так что вы можете на мгновение прикоснуться им к другим точкам цепи.
Если вы прикоснётесь концом незакреплённого провода к любой точке цепи, более положительной, чем он, например, к положительной стороне источника питания постоянного тока, светодиод должен загореться. Для полного свечения стандартного светодиода требуется 20 мА, поэтому такое поведение должно показаться вам интересным, потому что резистор 100 кОм, к которому прикреплён свободный провод, ограничивает ток, проходящий через него до значения, намного меньшего, чем 20 мА.
Максимальное общее напряжение 12 вольт на сопротивлении 100 кОм даёт ток всего 0,12 мА (т.е. 120 мкА)! Соединение, полученное за счёт того, что вы прикоснулись проводом к положительной точке цепи, проводит гораздо меньший ток, чем 1 мА, но благодаря усиливающему действию транзистора может управлять гораздо бо́льшим током через светодиод.
Попробуйте с помощью амперметра подключить свободный провод к положительной стороне источника питания, например так:
Возможно, вам придётся выбрать наиболее чувствительный диапазон тока на измерителе для измерения этого небольшого расхода электронов. После измерения этого управляющего тока попробуйте измерить ток светодиода (управляемый ток) и сравнить величины.
Не удивляйтесь, если вы обнаружите отношение больше 200 (управляемый ток в 200 раз больше, чем управляющий!). Как вы можете видеть, транзистор действует как своего рода электрически управляемый переключатель, включая и выключая ток на светодиоде по команде гораздо меньшего токового сигнала, проводимого через его базовую клемму.
Чтобы ещё раз проиллюстрировать, насколько незначительным является управляющий ток, удалите свободный провод из цепи и попробуйте «перемкнуть» свободный конец резистора 100 кОм с положительным полюсом источника питания двумя пальцами одной руки. Возможно, вам придётся смочить кончики этих пальцев, чтобы максимизировать проводимость:
Попробуйте надавить посильнее/послабее вашими пальцами в этих двух точках цепи, чтобы изменить величину сопротивления на пути управляющего тока. Можно ли таким образом изменить яркость светодиода? Что это говорит о способности транзистора действовать не только как переключатель?
Компьютерное моделирование
Схема с номерами узлов SPICE:
Список связей (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно):
В этом моделировании падение напряжения на резисторе 560 Ом v(1,3) оказывается равным 10,26 вольт, что указывает на ток светодиода 18,32 мА, значение которого согласуется с законом Ома (I = E/R). Падение напряжения на резисторе R1 (напряжение между узлами 1 и 2) в конечном итоге составляет 11,15 вольт, что на 100 кОм даёт силу тока всего 111,5 мкА. Очевидно, что очень малый ток в этой цепи контролирует гораздо больший ток.
Если вам интересно, параметр is=1e-28 в строке «.model» диода предназначен для того, чтобы диод вёл себя как светодиод с более высоким падением напряжения в прямом направлении.
См.также
Внешние ссылки
