Logo
Logo

Транзистор и сборка логических схем

Оборудование
ОборудованиеКоличествоХранениеПримечание
1Лабораторный источник питания1Общее 
2Макетная плата1Общее 
3Персональный набор перемычек1Общее 
4Мультиметр2Общее 
5Соединительные провода банан–плата6Общее 
6Биполярный транзистор 2N44018Box 
7Резистор 100 Ом1Box 
8Резистор 1 кОм1Box 
9Резистор 5.1 кОм5Box 
10Резистор 10 кОм8Box 
11Резистор 130 кОм1Box 
12Потенциометр 100 кОм1Box 
13Светодиод красный1Box 
Расходники, которые нужно закупить ранее
Все электронные компоненты, кроме потенциометра. Светодиоды и транзисторы нужно закупить с запасом.
Использование оборудования в практикуме
Подготовка оборудования перед выполнением работы
Проверить, что мультиметры работают корректно в режиме амперметра.
Возможные проблемы во время выполнения работы
  • При возможном сгорании светодиода для проверки можно подключить его к источнику напряжения $2-3~В$.
  • При возможном сгорании транзистора для проверки можно вставить его в мультиметр в режиме hFE. Мультиметр должен выдавать около $\sim300$.

В случае неисправности заменить компоненты.

Самостоятельная уборка школьниками после работы
Собрать все перемычки и отсоединить все провода. Собрать все электронные компоненты в пакетик.
Подготовка оборудования во время пересменки
Поменять пакетик с электронными компонентами.
Работа со школьниками
Чему школьник должен научиться в этой работе
Школьник должен научиться сборке схем на макетной плате и исследовать основные свойства биполярного транзистора.
Перед началом работы
Рассказать о биполярном транзисторе. Для школьников будет достаточно информации, что биполярный транзистор представляет собой электронный элемент с тремя выходами – эмиттером (от англ. emit – испускать), через который электроны попадают в транзистор; коллектором (от англ. collect – собирать), через который электроны покидают транзистор; и базой, потенциал которой позволяет управлять проводимостью транзистора. Если напряжение на базе нулевое или отрицательное, сопротивление транзистора между эмиттером и коллектором будет очень большим, и транзистор оказывается «заперт». Если же подать на базу положительное напряжение, сопротивление току электронов от эмиттера к коллектору резко падает, и транзистор оказывается «открыт». Это позволяет управлять током через транзистор путём подачи напряжения на базу, что широко используется для построения логических схем. Также, поскольку при напряжении на базе возникает небольшой ток, пропорциональный току между эмиттером и коллектором, можно использовать транзистор для усиления сигнала. Этот эффект количественно описывается с помощью коэффициента усиления по току $\mathrm{hFE}=I_{коллектора}/I_{базы}$, который у большинства транзисторов равен нескольким сотням. Этот коэффициент можно измерить с помощью мультиметра, если выбрать на нём режим hFE и вставить транзистор в соответствующие входы NPN.

Для сборки схем применяется макетная плата, представляющая собой двумерную сетку из частично соединённых друг с другом входов для электронных элементов. В основной части макетной платы входы соединены друг с другом рядами по 5 штук, а по краям платы соединены вдоль сторон в длинную «шину», на которую удобно подавать общий $+$ или $-$. Концы проводов банан–плата необходимо доставать из макетной платы осторожно вертикальным усилием, иначе они могут обломиться и испортить её.

Собирать схемы нужно так же, как они указаны на рисунках (с точностью до параллельного переноса со схемы на плату). Провода должны идти вдоль осей платы, не искривляясь и не поднимаясь над ней, а также не должны пересекаться друг с другом без крайней необходимости. Ножки элементов должны быть минимально искривлены, а сами элементы ориентированы вдоль осей платы. Общий плюс и минус нужно подавать на шины на краях.

У полярных элементов (например, светодиода) длинная ножка соответствует плюсу.

Во время работы

Во время выполнения работы нужно проконтролировать каждую схему, собранную школьником. Контролировать надо как работоспособность схемы, так и соответствие сборки правилам. При несоответствии правилам независимо от работоспособности попросить пересобрать. Самые частые ошибки, допускаемые школьниками:

  • Неверная ориентация транзистора – перепутаны эмиттер с коллектором. В этом случае показать распиновку из условия на реальном транзисторе. Для влияния ориентации транзистора на его свойства можно показать, как меняется отображаемое при этом значение на мультиметре при измерении в режиме hFE.
  • Перемычка/ножка элемента вставлена не в правильный паз макетной платы (а, например, в соседний). Попросить школьника самостоятельно идентифицировать точку неправильного подключения.
  • Школьник неправильно понял схему внутренних соединений в макетной плате. В этом случае показать школьнику правильную схему внутренних соединений и попросить явно проверить это омметром.
Изготовление оборудования
Список комплектующих для закупки
НаименованиеВажные замечанияКоличество
на установку
При пересменкеСсылка
1Транзистор биполярный 2N4401Лучше покупать много и с запасом8Заменить всеhttps://dinistor.ru/product/705
2Светодиод красный1https://dinistor.ru/product/1145
3Потенциометр 100 кОм 1 https://aliexpress.ru/item/32986513037.html?sku_id=12000042917929645
4Резистор 130 кОм 1Заменить элементы с кривыми ножкамиhttps://aliexpress.ru/item/1005001627995396.html
5Резистор 100 Ом1
6Резистор 1 кОм1
7Резистор 5.1 кОм5
8Резистор 10 кОм8