Transistor als Schalter

TEILE UND MATERIALIEN

• Zwei 6-Volt-Batterien
• Ein NPN-Transistor – Modelle 2N2222 oder 2N3403 empfohlen (Radio Shack-Katalog Nr. 276-1617 ist ein Paket von fünfzehn NPN-Transistoren, ideal für dieses und andere Experimente)
• Ein 100-kΩ-Widerstand
• Ein 560--Widerstand
• Eine Leuchtdiode (Radio Shack Katalog Nr. 276-026 oder gleichwertig)

Widerstandswerte sind für dieses Experiment nicht kritisch. Auch ist die bestimmte Leuchtdiode (LED) nicht ausgewählt.

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen , Band 3, Kapitel 4:„Bipolar-Junction-Transistoren“

LERNZIELE

• Stromverstärkung eines Bipolartransistors

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Das im Diagramm gezeigte rote Kabel (das in einer Pfeilspitze endet, das mit einem Ende des 100-kΩ-Widerstands verbunden ist) soll locker bleiben, damit Sie es kurzzeitig an anderen Punkten im Stromkreis berühren können.Widerstand) soll bleiben Sie locker, damit Sie es kurzzeitig an anderen Punkten in der Schaltung berühren können.

Wenn Sie das Ende des losen Drahts an einem Punkt im Stromkreis berühren, der positiver ist als dieser, z. B. die positive Seite der Gleichstromquelle, sollte die LED aufleuchten. Es dauert 20 mA, um eine Standard-LED vollständig zum Leuchten zu bringen, daher sollte Sie dieses Verhalten interessant finden, da der 100-kΩ-Widerstand, an dem das lose Kabel befestigt ist, den Strom durch ihn auf einen weitaus geringeren Wert als 20 mA begrenzt.

Eine Gesamtspannung von 12 Volt an einem 100-kΩ-Widerstand ergibt höchstens einen Strom von nur 0,12 mA oder 120 µA! Die Verbindung, die durch Berühren des Drahtes zu einem positiven Punkt im Stromkreis hergestellt wird, leitet weit weniger Strom als 1 mA, kann jedoch durch die verstärkende Wirkung des Transistors steuern ein viel größerer Strom durch die LED.

Versuchen Sie, das lose Kabel mit einem Amperemeter an die positive Seite der Stromquelle anzuschließen:

Möglicherweise müssen Sie den empfindlichsten Strombereich des Messgeräts auswählen, um diesen kleinen Durchfluss zu messen. Nach der Messung dieser Kontrolle Strom, versuchen Sie, den Strom der LED zu messen (der gesteuerte Strom) und Größen vergleichen.

Seien Sie nicht überrascht, wenn Sie ein Verhältnis von über 200 finden (der geregelte Strom ist 200-mal so groß wie der geregelte Strom)! Wie Sie sehen, fungiert der Transistor als eine Art elektrisch gesteuerter Schalter, der auf Befehl eines viel kleineren Stromsignals, das über seinen Basisanschluss geleitet wird, Strom zur LED ein- und ausschaltet.

Um weiter zu veranschaulichen, wie winzig der Steuerstrom ist, entfernen Sie das lose Kabel aus dem Stromkreis und versuchen Sie, das nicht verbundene Ende des 100-kΩ-Widerstands mit zwei Fingern einer Hand mit dem Pluspol der Stromquelle zu „überbrücken“. Möglicherweise müssen Sie die Enden dieser Finger benetzen, um die Leitfähigkeit zu maximieren:

Versuchen Sie, den Kontaktdruck Ihrer Finger mit diesen beiden Punkten im Stromkreis zu variieren, um den Widerstand im Pfad des Steuerstroms zu variieren. Kann man damit die Helligkeit der LED variieren? Was sagt dies über die Fähigkeit des Transistors aus, mehr als nur ein Schalter zu sein? d.h. als Variable

COMPUTER-SIMULATION

Schema mit SPICE-Knotennummern:

Netzliste (erstellen Sie eine Textdatei mit dem folgenden Text, wörtlich):

Transistor als Schalter 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 

In dieser Simulation ist der Spannungsabfall am 560--Widerstand v(1,3) stellt sich als 10,26 Volt heraus, was einen LED-Strom von 18,32 mA nach dem Ohmschen Gesetz (I=E/R) anzeigt. R₁ Der Spannungsabfall (Spannung zwischen Knoten 1 und 2) beträgt am Ende 11,15 Volt, was über 100 kΩ einen Strom von nur 111,5 µA ergibt. Offensichtlich übt ein sehr kleiner Strom die Kontrolle über einen viel größeren Strom in dieser Schaltung aus.

Falls Sie sich fragen, das ist=1e-28 Parameter im .model der Diode Linie ist dazu da, die Diode mehr wie eine LED mit einem höheren Durchlassspannungsabfall zu verhalten.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Arbeitsblatt zu bipolaren Sperrschichttransistoren als Schalter