Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Транзистори є важливим елементом сучасної електротехніки для керування електричними струмами.
Відповідно до їхнього позначення як "передавальний резистор" (англ. transfer resistor), транзистори є керованими резисторами і, таким чином, використовуються як перемикачі, а також як підсилювачі в багатьох галузях. Різні типи транзисторів використовуються від підсилення звукових сигналів у низькочастотних діапазонах до перемикання високої потужності в системах керування двигунами та обробки високочастотних потоків даних.
У цьому експерименті учні дізнаються про особливості роботи npn-транзисторів.
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні вміти збирати і розуміти прості схеми. В ідеалі, вони вже повинні теоретично опрацювати поняття транзистора.
Мета навчання
Учні повинні усвідомити, що струм на колекторі протікає через транзистор тільки в тому випадку, якщо на колекторі і на базі дотримується правильна полярність.
У npn-транзисторі потенціали на колекторі та базі повинні бути більшими, ніж на емітері.
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Завдання
Дослідити напруги, з якими може працювати npn транзистор.
За допомогою серії експериментів досліджується залежність напруги між колектором і емітером, спочатку без потенціалу, а потім з потенціалом, прикладеним до бази.
Принцип
транзистори складаються з трьох напівпровідникових шарів, які, відповідно до назви, мають два переходи. При поданні позитивної напруги між базою та емітером компенсується дифузійна напруга на цьому переході. Оскільки легування емітера значно нижче, ніж легування бази, з емітера в базу перетікає більше електронів, ніж може там рекомбінувати. Таким чином, ці електрони протікають через перехід між базою і колектором, який орієнтований у прямому напрямку, як колекторний струм.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Примітки
Напруга пробою граничних шарів транзистора значно нижча в інверсному режимі, тому робочу напругу ніколи не слід вибирати вище 6 В. Необхідно стежити за тим, щоб транзистор був або повністю заблокований, або повністю провідний, оскільки в цьому випадку або струм, або напруга на колекторі дуже низькі, а потужність, що втрачається, набуває лише низького значення. Якщо цього не дотриматися, транзистор може бути зруйнований надмірним нагріванням.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Схематичне позначення транзистора
Транзистори використовуються в електроніці для перемикання та підсилення струмів. Як і діоди, транзистори складаються з легованих напівпровідникових матеріалів.
Виводи npn-транзистора позначені базою (B), колектором (C) і емітером (E), як показано на схемі поруч. Ви можете відрізнити емітер від колектора за допомогою стрілки.
У цьому експерименті Ви дізнаєтеся, що транзистор можна використовувати як перемикач.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | З'єднувальний, прямий, модуль SB | 05601-01 | 4 |
| 2 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 4 |
| 3 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль SB | 05601-03 | 2 |
| 4 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 1 |
| 5 | Перемикач, модуль SB | 05602-02 | 1 |
| 6 | Патрон для лампи розжарювання Е 10, модуль SB | 05604-00 | 1 |
| 7 | Опір 10 кОм, модуль SB | 05615-10 | 1 |
| 8 | Транзистор NPN (BC337), модуль SB | 05656-00 | 1 |
| 9 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 |
| 11 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 12 | Лампи розжарювання 4 В/ 0,04 A, E10, 10 шт. | 06154-03 | 1 |
Підготовка
- Зберіть електричне коло, як показано на рисунку.
- Пізніше Ви підключите базу транзистора до перемикача через резистор. Однак поки що це з'єднання залишається відкритим.
- Підготуйте блок живлення і виберіть напругу 6 В.
Виконання роботи (1/4)
- Підключіть блок живлення до електричного кола, як показано на рисунку.
- Увімкніть джерело живлення і спостерігайте за лампочкою.
Виконання роботи (2/4)
- Вимкніть блок живлення, поміняйте місцями з'єднувальні провідники на блоці живлення так, щоб колектор тепер був підключений до негативної полюса.
- Увімкніть блок живлення і знову спостерігайте за лампочкою.
Виконання роботи (3/4)
- Вимкніть блок живлення і встановіть резистор 10 кОм в електричне коло, як показано на рисунку.
- Знову увімкніть блок живлення.
- Натисніть кілька разів на вимикач і спостерігайте за лампочкою, як і раніше.
Виконання роботи (4/4)
- Вимкніть блок живлення, поміняйте місцями з'єднувальні провідники на блоці живлення так, щоб колектор знову був підключений до позитивного полюса.
- Знову увімкніть блок живлення.
- Натисніть вимикач ще кілька разів і спостерігайте за лампочкою.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Питання
Питання
Завдання 3
Схематичне позначення транзистора
Поясніть, до якого полюса джерела напруги потрібно під'єднати колектор і базу npn-транзистора, щоб у ньому протікав колекторний струм.
Завдання 4
Питання
Підказка:
Щоб визначити струм бази, необхідно врахувати опір бази і прикладену до неї напругу. Для розрахунку можна знехтувати напругою на базі транзистора.
Сила струму на колекторі залежить від типу лампочки та її номінального значення.