Загальна інформація
Застосування
Транзистори - важливий елемент сучасної електротехніки для керування електричними струмами. Відповідно до назви "transfer resistor" транзистори є керованими опорами, а тому їх застосовують у багатьох галузях і як вимикачі, і як підсилювачі. Часто використовують так звані «біполярні» транзистори. Вони складаються з трьох напівпровідникових шарів, причому залежно від послідовності легування розрізняють npn- і pnp-транзистори. Транзистори як електронні вимикачі дуже часто застосовують у техніці, бо вони не мають ознак зношування і бо потужність керування, потрібна для перемикання, на базі надзвичайно мала. У поєднанні з конденсатором транзистори можна використовувати також як реле часу.
Інша інформація (1/3)
Попередні знання
Транзистор є електронним вимикачем, бо перемикання відбувається безконтактно і спричиняється напругою.
Принцип
Часи затримки під час вмикання та вимикання визначаються переважно значеннями опору та ємності конденсатора . Що більші ємність і опір, то довше тривають процеси заряджання та розряджання і то більші часи затримки під час вмикання та вимикання.
Інша інформація (2/3)
Навчальна мета
Показано, що транзистор із проміжно ввімкненим конденсатором можна використовувати як електронний вимикач із часовою затримкою.
Завдання
Учні досліджують, як за допомогою конденсатора можна затримати процеси вмикання та вимикання.
Інша інформація (3/3)
Примітки
Цей дослід є сильно спрощеним принципом схеми затримки, оскільки транзистор переходить із закритого в провідний стан неперервно. У техніці застосовують тригерні схеми з 2 транзисторами, які стрибком змінюють свій стан перемикання при перевищенні або зниженні порогового значення. Через відносно великий час установлення вимірювального приладу виміряні значення, особливо за менших часів затримки, помітно відхиляються від очікуваних. Крім того, не враховано, що розряджання відбувається не лише через опір , а й через опір база-емітер транзистора, і що конденсатор під час заряджання водночас розряджається через ділянку база-емітер. Увімкнений в емітерне коло опір спричиняє від'ємний зворотний зв'язок, завдяки чому вхідний опір транзистора істотно зростає (приблизно у стільки разів, у скільки транзистор підсилює струм). Проте через це напруга на лампі розжарювання зменшується на спад напруги, який створює емітерний струм на емітерному опорі.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія (1/2)
Транзистори застосовують у сучасній електротехніці для перемикання та підсилення струмів. Як і діоди, транзистори складаються з легованих напівпровідникових матеріалів. Відповідно до назви "transfer resistor" транзистори є керованими опорами, а тому їх можна застосовувати в багатьох галузях і як вимикачі, і як підсилювачі. Від підсилення звукових сигналів у низькочастотних діапазонах через перемикання великих потужностей у системах керування двигунами і до оброблення високочастотних потоків даних застосовують різні типи транзисторів. У саморобній електроніці часто використовують так звані «біполярні» транзистори. Вони складаються з трьох напівпровідникових шарів, причому залежно від послідовності легування розрізняють npn- і pnp-транзистори. Три виводи біполярного транзистора, приєднані до напівпровідникових шарів, називають колектором C, базою B та емітером E.
Теорія (2/2)
Транзисторні вимикачі застосовують, наприклад, для перемикання та керування лампами, реле або й двигунами. При цьому малий струм бази керує значно більшим струмом колектора. Транзистори придатні для безконтактного перемикання малих і середніх потужностей. Власне вимикачем при цьому є ділянка колектор-емітер транзистора. Вивід бази є керівним електродом. Для затримки засвічування чи згасання лампи можна використати конденсатор.
Обладнання
Складання та виконання
Складання
- Склади дослід за рисунком ліворуч. Спочатку з опором і без конденсатора.
- Переведи перемикач у положення «Розряджання» і встанови напругу на блоці живлення та межу вимірювання .
Виконання (1/2)
- Спочатку поспостерігай за дослідом якісно.
- Для цього кілька разів перемкни перемикач і спостерігай, коли лампа розжарювання засвічується та коли гасне.
- Потім установи конденсатор відповідно до рисунка.
- Повторно перемикай перемикач і знову стеж за тим, коли лампа засвічується та коли гасне.
- Запиши свої спостереження.
Виконання (2/2)
- Тепер перемикай перемикач одночасно з секундоміром і визнач при цьому часи та від моменту перемикання до досягнення повної напруги чи напруги на лампі розжарювання.
- Запиши виміряні значення.
- Потім по черзі встановлюй опори та конденсатори і повторюй вимірювання для всіх комбінацій.
- Запиши виміряні значення.
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
Якщо конденсатор через перемикач і опір з'єднати з додатним полюсом джерела струму, він заряджається і напруга на конденсаторі поступово зростає. Разом із нею зростає й напруга база-емітер, і транзистор стає провідним, коли напруга база-емітер досягає приблизно значення . При перемиканні перемикача конденсатор може розрядитися через опір, причому напруга на конденсаторі та напруга база-емітер знову зменшуються. Через це зменшується й сила струму колектора транзистора. Часи затримки під час вмикання та вимикання визначаються (переважно) значеннями опору та ємності конденсатора . Що більші ємність і опір, то довше тривають процеси заряджання та розряджання і то більші часи затримки під час вмикання та вимикання.
Опрацювання результатів
Доповни поданий текст: ____ під час вмикання та вимикання визначаються переважно значеннями ____ та ємності ____. Що ____ ємність і опір, то ____ тривають ____ і то більші ____ під час вмикання та вимикання.