На физическом уровне внутреннее функционирование транзистора очень сложно, но на практике использовать его, в некоторых простых экспериментах, довольно просто и доступно каждому.
Транзистор позволяет создавать очень простые, но полезные устройства, такие как лампы, автоматически включающиеся с наступлением темноты, или акустические сигналы, излучающие звук, когда уровень воды в сосуде достигает определенного уровня. Чтобы использовать транзистор, вам нужно всего несколько дополнительных резисторов подходящего номинала.
Транзистор — один из важнейших компонентов всей электроники, состоящий из трех выводов: базы, коллектора и эмиттера (B, C, E). В простейшем случае он работает как переключатель. База служит для управления этим переключателем, пока ток течет от коллектора к эмиттеру. Выводы транзисторов не все расположены одинаково, и они различаются от модели к модели.
В отличие от обычного переключателя, для активации транзистора требуется очень низкий сигнал. Если по базе течет малый ток, то по коллектору течет большой ток. На практике транзистор способен усиливать сигнал. Очевидно, что эта энергия не создается из воздуха, а поступает непосредственно от аккумулятора.
Другими словами, если на базу транзистора течет небольшой ток, он может заставить коллектор и эмиттер «соединиться» друг с другом, как если бы это был замкнутый переключатель. Таким образом, может протекать большой ток. Существуют различные типы транзисторов, но нам подойдет любой тип. В любом случае на каждой электрической схеме указан код используемого компонента или альтернативный код с такими же характеристиками.
Эксперимент с электрическим током и руками
Этот эксперимент демонстрирует, как кожа рук способна пропускать электрический ток, но не настолько, чтобы зажечь светодиод. Человеческое тело, по сути, проводит ток в зависимости от состояния, т.е. влажности:
- Совершенно сухое человеческое тело проводит небольшой ток и его сопротивление составляет около 2 МОм;
- Средне-сухое человеческое тело имеет сопротивление около 500 кОм;
- Очень влажное человеческое тело проводит большой ток и его сопротивление составляет около 100 кОм;
Кстати, если жидкость смешать с поваренной солью, сопротивление упадет еще больше, менее чем до 20 кОм.
По этой причине мокрыми руками нельзя прикасаться к приборам. Для этого эксперимента, кроме электрической схемы, которая представлена на картинке ниже, вам понадобятся:
- батарея 9 В;
- светодиод любого цвета;
- резистор 100 Ом (коричневый, черный, коричневый). Он служит мерой предосторожности для защиты светодиода;
- транзистор 2N3904;
- два измерительных щупа или провода.
Схема работает очень просто. Транзистор работает как своего рода переключатель. Если дотронуться до измерительных проводов обеими мокрыми руками, от положительного полюса к базе транзистора потечет слабый ток, проходящий прямо через тело человека (ток база-эмиттер). Этот небольшой ток усиливается транзистором, который заставляет включиться светодиод гораздо более сильным током (током коллектор-эмиттер).
Без транзистора светодиод не горит
Спонтанно может возникнуть вопрос: «Можете ли вы руками сделать прямое соединение между батареей и светодиодом?» Ответ заведомо отрицательный, так как ток, протекающий между руками, очень слабый и недостаточный для включения светодиода.
На картинке ниже показана именно эта концепция. Как было сказано ранее, человеческое тело подобно электрическому сопротивлению с высоким омическим значением, но прохождения электронов через него недостаточно для непосредственного включения светодиода.
Одним из основных параметров транзистора является его коэффициент усиления. Он представляет собой коэффициент усиления, который транзистор может выполнять с входным сигналом. Например, если ток, протекающий через ваши руки, составляет 0,000041 ампер (также читается как 41 мкА), а ток, протекающий через светодиод, составляет 0,012 ампер (также читается как 12 мА), коэффициент усиления транзистора определяется делением этих двух величин:
Другими словами, в этой схеме и с этим транзистором ток базы был усилен и увеличен в 292,68 раза. Так же, как увеличительное стекло, которое увеличивает изображение, или как «домкрат», который с усилием в несколько килограммов своего подъемника способен поднять очень тяжелый автомобиль.
Итог
Интересно исследовать данную схему с вариантом эксперимента. Двое или трое детей, рукопожатием, также могут вмешаться в включение светодиода, как круг. Но помните, что только дети на концах цепи могут прикасаться к выводам электрической цепи. С большим удивлением вы увидите, что светодиод все равно загорится.
С Уважением, МониторБанк