Электроника:Эксперименты/Дискретные полупроводниковые схемы/Транзистор как переключатель

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Транзистор как переключатель[1]

Оборудование и материалы

Значения резисторов не являются критическими для этого эксперимента. Также не конкретизирован светоизлучающий диод (сойдёт практически любой LED).

Ссылки по теме

Цели эксперимента

Принципиальная схема

Рис. 1. Схематическая диаграмма: транзистор в качестве переключателя.
Рис. 1. Схематическая диаграмма: транзистор в качестве переключателя.

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрации: транзистор в качестве переключателя.
Рис. 2. Иллюстрации: транзистор в качестве переключателя.

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:

Рис. 3. Подключаем свободный провод к положительной стороне источника питания с помощью амперметра.
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 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:

Рис. 4. Замкните слаботочную управляющую цепь своими пальцами.
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 светодиода? Что это говорит о способности транзистора действовать не только как переключатель?

Компьютерное моделирование

Схема с номерами узлов SPICE:

Рис. 5. Схематическая диаграмма для SPICE: транзистор в качестве переключателя.
Рис. 5. Схематическая диаграмма для SPICE: транзистор в качестве переключателя.

Список связей (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно):

Список связей SPICE

Transistor as a switch * Транзистор в качестве переключателя
v1 1 0
r1 1 2 100k
r2 1 3 560
d1 3 4 mod2
q1 4 2 0 mod1
.model mod1 npn bf=200
.model mod2 d is=1e-28
.dc v1 12 12 1
.print dc v(2,0) v(4,0) v(1,2) v(1,3) v(3,4)
.end

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