第8节 晶体管作为开关(修订中)
[TOC]
零件和材料
- 两节 6 伏电池
- 一个 NPN 晶体管——推荐型号为 2N2222 或 2N3403（Radio Shack 目录 # 276-1617 是一个包含 15 个 NPN 晶体管的封装，非常适合本实验和其他实验）
- 一个 100 kΩ 电阻器
- 一个 560 Ω 电阻器
- 一个发光二极管（Radio Shack 目录号 276-026 或同等产品）
电阻值对于这个实验并不重要。也没有选择特定的发光二极管 (opens new window)(LED)。
交叉引用
电路课程，第 3 卷，第 4 章：“双极结型晶体管 (opens new window)”
学习目标
- 双极结型晶体管的电流放大
原理图，示意图
插图
指示
图中所示的红线（以箭头终止的那根，连接到 100 kΩ 电阻器的一端）旨在保持松动，以便您可以暂时将其接触到电路中的其他点。电阻器）旨在保持松动，以便您可以暂时将其触摸到电路中的其他点。
如果将松散线的末端触摸到电路中任何比它更正极的点，例如直流电源的正极，LED 应该会亮起。完全点亮一个标准 LED 需要 20 mA，因此这种行为应该会让您感到有趣，因为连接松散导线的 100 kΩ 电阻器将通过它的电流限制在远小于 20 mA 的值。
100 kΩ 电阻上 12 伏的总电压最多只能产生 0.12 mA 或 120 µA 的电流！通过将导线与电路中的正极点接触所产生的连接传导的电流远小于 1 mA，但通过晶体管的放大作用，能够_控制_通过 LED 的更大电流。
尝试使用电流表将松散的电线连接到电源的正极，如下所示：
您可能必须选择仪表上最灵敏的电流量程来测量这个小流量。测量此_控制_电流后，尝试测量 LED 的电流（_受控_电流）并比较大小。
如果您发现比率超过 200（控制电流是控制电流的 200 倍），请不要感到惊讶！如您所见，晶体管充当一种电控开关，根据通过其基极端子传导的小得多的电流信号来打开和关闭 LED 的电流。
为了进一步说明控制电流是多么微小，请从电路中移除松散的导线，并尝试用一只手的两个手指将 100 kΩ 电阻器的未连接端“桥接”到电源的正极。您可能需要弄湿这些手指的末端以最大限度地提高导电性：
尝试用电路中的这两个点改变手指的接触压力，以改变控制电流路径中的电阻值。 (opens new window)您可以通过这样做来改变 LED 的亮度吗？这表明晶体管的功能不仅仅是开关？即作为_变量_
电脑模拟
带有 SPICE 节点号的示意图：
网表（制作一个包含以下文本的文本文件，逐字）：
晶体管作为开关 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
在该模拟中，560 Ω 电阻器v(1,3)上的电压降为10.26 伏，根据欧姆定律 (opens new window)(I=E/R) 表明 LED 电流为 18.32 mA。R 1的电压降（节点 1 和 2 之间的电压）最终为 11.15 伏，100 kΩ 上的电流仅为 111.5 µA。显然，在这个电路中，一个非常小的电流正在控制一个大得多的电流。
如果您想知道，二极管的.model行中的is=1e-28参数是为了使二极管的行为更像是具有更高正向电压降的 LED。
相关练习：
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