2.03.1. Лабораторная работа №2.3.1.md

NPN-транзистор

Тема работы

В этой лабораторной работе вы познакомитесь с биполярным NPN-транзистором — ключевым элементом электроники, который позволяет управлять большими нагрузками с помощью малых сигналов. Вы соберёте на макетной плате схемы, чтобы включать светодиод и вентилятор, а также изучите, как транзистор может работать в качестве простого усилителя.

Цель

Изучить принцип работы биполярного NPN-транзистора.
Научиться собирать схемы для управления нагрузками (светодиод, вентилятор) с помощью транзистора.
На практике измерить коэффициент усиления транзистора.

Оборудование и материалы

Макетная плата.
Модуль питания.
Аккумуляторная батарея 9В.
1 биполярный NPN-транзистор.
1 светодиод и 1 резистор 220 Ом.
1 вентилятор.
Резисторы: 1 кОм и 10 кОм.
Соединительные провода.
Мультиметр.

Ход работы

Представьте транзистор как кран, управляемый маленьким ручейком: слабый ток, поданный на его «управляющий» вывод (базу), открывает путь для мощного потока воды (большого тока) через основной канал.

Знакомство с транзистором

Рассмотрите NPN-транзистор. У него три вывода: База (B), Коллектор (C) и Эмиттер (E). Расположение выводов зависит от модели, поэтому всегда сверяйтесь с документацией (datasheet). Вставьте транзистор в макетную плату.
Эксперимент 1. Транзистор как ключ для светодиода
- Соберите схему:
  - Эмиттер (E) транзистора подключите к GND.
  - Коллектор (C) соедините с катодом (−) светодиода.
  - Анод (+) светодиода через резистор 220 Ом подключите к +5V.
  - Базу (B) через резистор 10 кОм и кнопку подключите к +5V.
- Наблюдение: Светодиод должен загореться при нажатии на кнопку. Вы создали переключатель, управляемый током.
- Фиксация. Рассчитайте коэффициент усиления (hFE) по формуле: hFE = Iк / Iб. Занесите все три значения (Iб, Iк, hFE) в таблицу.
Эксперимент 2. Управление вентилятором и измерение усиления

Замените в предыдущей схеме светодиод и его резистор на вентилятор (красный провод к +5V, чёрный — к коллектору). Для базы используйте резистор 1 кОм.
- Наблюдение. Когда база подключена к +5V, вентилятор вращается. Когда к GND — останавливается.
- Измерение.
  - Измерьте ток базы (Iб):. включите мультиметр в режиме DCA (200мА) в разрыв между резистором 1 кОм и базой.
  - Измерьте ток коллектора (Iк). включите мультиметр в разрыв между коллектором и чёрным проводом вентилятора.
- Фиксация. Рассчитайте коэффициент усиления (hFE) по формуле: hFE = Iк / Iб. Занесите все три значения (Iб, Iк, hFE) в таблицу.

Результаты

Заполните таблицу на основе ваших наблюдений и измерений:

Эксперимент	Состояние базы	Результат (Яркость 1-5 / Вращение +/-)	Iб, мА	Iк, мА	hFE
Светодиод	Подключена к `+5V`
Вентилятор	Подключена к `+5V`

Анализ результатов

Вы убедились, что NPN-транзистор работает как ключ - малый ток, протекающий через базу, «открывает» транзистор и позволяет большому току течь от коллектора к эмиттеру через нагрузку. Коэффициент hFE показывает, насколько эффективно транзистор усиливает ток. Например, если hFE = 200, это значит, что ток коллектора в 200 раз больше тока базы.

Выводы

В этой лабораторной работе вы:

Изучили биполярный NPN-транзистор и его работу в качестве электронного ключа.
Научились управлять маломощными и мощными нагрузками.
На практике измерили ток базы, ток коллектора и рассчитали коэффициент усиления hFE.

Вопросы для самопроверки

Какая электрическая величина управляет биполярным транзистором?
Назовите три вывода NPN-транзистора.
Зачем в схеме нужен резистор, подключённый к базе транзистора?
Что показывает коэффициент усиления hFE?
Предложите, как можно использовать потенциометр для плавной регулировки скорости вентилятора в этой схеме.

Поздравляем! Вы научились управлять мощными устройствами. В следующей лабораторной работе мы сравним работу биполярного транзистора с его более современным аналогом — MOSFET.