Transistor en tant que commutateur

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Deux piles 6 volts
• Un transistor NPN—modèles 2N2222 ou 2N3403 recommandés (le catalogue Radio Shack n° 276-1617 est un ensemble de quinze transistors NPN idéal pour cette expérience et d'autres)
• Une résistance de 100 kΩ
• Une résistance de 560 Ω
• Une diode électroluminescente (catalogue Radio Shack n° 276-026 ou équivalent)

Les valeurs de résistance ne sont pas critiques pour cette expérience. La diode électroluminescente (DEL) particulière n'est pas non plus sélectionnée.

REFERENCES CROISEES

Leçons En Circuits Électriques , Volume 3, chapitre 4 :« Transistors à jonction bipolaire »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Amplification de courant d'un transistor à jonction bipolaire

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Le fil rouge indiqué sur le schéma (celui se terminant par une pointe de flèche, connecté à une extrémité de la résistance de 100 kΩ) est destiné à rester lâche, de sorte que vous puissiez le toucher momentanément à d'autres points du circuit.résistance) est destiné à rester lâche, afin que vous puissiez le toucher momentanément à d'autres points du circuit.

Si vous touchez l'extrémité du fil lâche à n'importe quel point du circuit plus positif qu'il, comme le côté positif de la source d'alimentation CC, la LED doit s'allumer. Il faut 20 mA pour éclairer complètement une LED standard, donc ce comportement devrait vous sembler intéressant car la résistance de 100 kΩ à laquelle le fil lâche est attaché restreint le courant qui la traverse à une valeur bien inférieure à 20 mA.

Tout au plus, une tension totale de 12 volts sur une résistance de 100 kΩ donne un courant de seulement 0,12 mA, soit 120 µA ! La connexion établie en touchant le fil à un point positif du circuit conduit beaucoup moins de courant que 1 mA, mais grâce à l'action d'amplification du transistor, est capable de contrôler un courant beaucoup plus important à travers la LED.

Essayez d'utiliser un ampèremètre pour connecter le fil lâche au côté positif de la source d'alimentation, comme ceci :

Vous devrez peut-être sélectionner la plage de courant la plus sensible sur le compteur pour mesurer ce petit débit. Après avoir mesuré ce contrôle courant, essayez de mesurer le courant de la LED (le contrôlé courant) et comparer les magnitudes.

Ne soyez pas surpris si vous trouvez un rapport supérieur à 200 (le courant contrôlé 200 fois plus grand que le courant de contrôle) ! Comme vous pouvez le voir, le transistor agit comme une sorte d'interrupteur à commande électrique, activant et désactivant le courant vers la LED à la commande d'un signal de courant beaucoup plus petit passant par sa borne de base.

Pour illustrer davantage à quel point le courant de contrôle est minuscule, retirez le fil lâche du circuit et essayez de « relier » l'extrémité non connectée de la résistance de 100 kΩ au pôle positif de la source d'alimentation avec deux doigts d'une main. Vous devrez peut-être mouiller le bout de ces doigts pour maximiser la conductivité :

Essayez de faire varier la pression de contact de vos doigts avec ces deux points du circuit pour faire varier la quantité de résistance dans le chemin du courant de contrôle. Pouvez-vous faire varier la luminosité de la LED en faisant cela ? Qu'est-ce que cela indique sur la capacité du transistor à agir comme plus qu'un simple interrupteur ? c'est-à-dire en tant que variable

SIMULATION INFORMATIQUE

Schéma avec les numéros de nœud SPICE :

Netlist (créer un fichier texte contenant le texte suivant, textuellement) :

Transistor comme interrupteur 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 

Dans cette simulation, la chute de tension aux bornes de la résistance de 560 Ω v(1,3) s'avère être de 10,26 volts, indiquant un courant de LED de 18,32 mA par la loi d'Ohm (I=E/R). R₁ La chute de tension de (tension entre les nœuds 1 et 2) finit par être de 11,15 volts, ce qui sur 100 kΩ donne un courant de seulement 111,5 µA. De toute évidence, un très petit courant exerce un contrôle sur un courant beaucoup plus important dans ce circuit.

Au cas où vous vous poseriez la question, le is=1e-28 paramètre dans le .model de la diode La ligne est là pour que la diode agisse davantage comme une LED avec une chute de tension directe plus élevée.

FEUILLE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Feuille de travail sur les transistors à jonction bipolaire en tant que commutateurs