Занимательные эксперименты: некоторые профессии транзистора

Транзистор усиливает электрические сигналы — в этом вы убедились, например, когда строили простейшие переговорные устройства. Но транзистор может стать датчиком температуры, освещенности, электронным ключевым устройством — в этом нетрудно убедиться, проделав предлагаемые эксперименты.

Транзистор — датчик температуры (рис. 1). Один из параметров транзистора, на который иногда приходится обращать внимание, — обратный ток коллектора. От его стабильности порой зависит надежность работы конструируемого устройства. Этот ток появляется при подключении источника к коллекторному переходу в обратном направлении, т. е. когда на коллекторе транзистора структуры р-n-р — минус напряжения, а на базе — плюс (или на коллекторе транзистора n-p-n плюс напряжения, а на базе — минус).

Чтобы убедиться, насколько стабилен этот ток при изменении окружающей температуры, запаситесь хотя бы двумя транзисторами, один из которых кремниевый, а другой германиевый. Еще понадобятся омметр и стакан теплой (50…60 °С) воды.

Если у вас оказался германиевый транзистор МП39Б (структуры p-n-p). подключите к выводам его коллектора и базы омметр так. чтобы плюсовой щуп омметра был соединен с выводом базы. Стрелка омметра зафиксирует при этом обратное сопротивление коллекторного перехода, которое определяется обратным током коллектора. Сопротивление может быть весьма большое — несколько сотен килоом.

Наблюдая за показаниями омметра, опустите транзистор «шляпкой» вниз в стакан теплой воды настолько, чтобы основание транзистора с выводами было выше уровня воды на 2…3 мм. Буквально через несколько секунд вы заметите, что контролируемое сопротивление начнет снижаться. Примерно через минуту оно может упасть до 50 кОм — все зависит от температуры воды.

Стоит вынуть транзистор из воды, как через некоторое время стрелка омметра возвратится в первоначальное положение. Если же транзистор поместить в холодильник, обратное сопротивление возрастет по сравнению с начальным.

Проделайте тот же эксперимент с кремниевым транзистором, например КТ315. Вы убедитесь, что его обратный ток коллектора не будет обнаружен стрелочным индикатором авометра. Он составляет единицы и даже доли наноампера (1 нА=10-9А). Поэтому колебания обратного тока коллектора менее ощутимы каскадами, выполненными на кремниевых транзисторах по сравнению с такими же каскадами на германиевых. Отсюда нетрудно понять, почему при разработке радиоаппаратуры предпочтение отдают кремниевым транзисторам.

И еще один вывод. Поскольку обратный ток коллектора зависит от окружающей температуры, германиевый транзистор может стать датчиком, с помощью которого удастся измерять, например, температуру наружного воздуха. Такое решение иногда встречается в радиолюбительской практике.

Транзистор — светочувствительный датчик (рис. 2). Из имеющихся у вас транзисторов отберите маломощный германиевый с возможно большим коэффициентом передачи. Предположим, вы остановились на транзисторе МП39Б. Удалите у него колпачок, предварительно спилив «донышко» корпуса или осторожно обломив его кусачками. Затем подключите к выводам его коллектора и эмиттера омметр в указанной на схеме полярности и прикройте транзистор листом бумаги, чтобы на него не попадал свет. Стрелка омметра отметит весьма высокое сопротивление между указанными выводами. А теперь откройте транзистор и направьте на него с расстояния метра-двух свет настольной лампы. Омметр зафиксирует уменьшение сопротивления. При приближении лампы к транзистору, т. е. при увеличении его освещенности, значение сопротивления, измеряемого омметром, будет падать.

Итак, из транзистора получили фотодатчик чувствительный к свету. Чем больше света падает на датчик, тем меньше его сопротивление. Нетрудно догадаться о возможном применении подобного датчика в измерителе освещенности, автомате включения освещения при наступлении сумерек на улице, фотоэлектронном тире, оптическом телефоне и т. д. Причем наибольшая чувствительность такого датчика получается при освещении его со стороны эмиттера, а также при использовании транзистора с возможно большим коэффициентом передачи.

Транзистор — электронный выключатель. Продемонстрировать это свойство транзистора можно на модели-игрушке, которую назовем «электронными качелями». Как и настоящие качели, наша игрушка действующая. В движение ее приводит… электрический ток. А раскачиваться на них будет какая-нибудь фигурка.

Обратите внимание на принципиальную схему качелей, приведенную на рис. 3. На транзисторе VT1 собран электронный ключ, через который подается питание на обмотку катушки L2 электромагнита. Управляющий сигнал на ключ поступает с обмотки катушки L1. размещенной на том же каркасе, что и L2.

При замыкании выключателя SA1 на транзистор будет подано напряжение питания. Транзистор окажется закрытым, поскольку его база по постоянному току соединена с эмиттером через катушку индуктивности L1 и напряжение смещения на базе отсутствует. В эмиттерной цепи транзистора будет протекать сравнительно небольшой обратный ток коллектора.

Но стоит быстро приблизить к сердечнику электромагнита постоянный магнит (скажем, северным полюсом), как в обмотке катушки U1 начнет наводиться электродвижущая сила (ЭДС). На базе транзистора появится отрицательное напряжение смещения, которое станет увеличиваться по мере приближения магнита. Транзистор откроется, и через катушку L2 потечет ток. Вокруг сердечника образуется магнитное поле, которое начнет притягивать постоянный магнит. Наибольшее напряжение смещения будет тогда, когда постоянный магнит окажется над сердечником электромагнита. При дальнейшем же его продвижении над сердечником окажется другой полюс магнита и ЭДС изменит свое направление. На базе транзистора появится положительное напряжение, а транзистор закроется. Ток через обмотку электромагнита прекратится

Итак, при определенном положении постоянного магнита относительно сердечника электромагнита появляется сила, подталкивающая магнит. Она и заставляет раскачиваться игрушечные качели.

Диод VD1. шунтирующий обмотку катушки L2. предупреждает возникновение в ней колебаний с частотой, определяемой индуктивностью электромагнита, емкостью монтажа и транзистора. Дело в том, что при открывании транзистора возникает колебательный процесс, который из-за сильной связи между базовой и эмиттреной цепями может быть незатухающим. Управляющее действие постоянного магнита в этом случае прекратится и качели остановятся. Диод же. срезая положительную полуволну уже первого колебания, препятствует возникновению такого явления.

Транзистор — любой из серий МП39-МП42. диод — также любой из серий Д9…Д226. Источник питания — на напряжение 4.5 В или на напряжение 9 В, в зависимости от силы используемого постоянного магнита. Совсем не обязательно ставить выключатель питания SA1. поскольку, когда постоянный магнит находится против сердечника электромагнита (качели остановлены), транзистор закрыт и устройство потребляет незначительный ток.

Катушки наматывают на каркасе (рис. 4.а). склеенном из плотного картона или выточенном из подходящего изоляционного материала. Обмотки наматывают одновременно (рис. 4.б), сложив вместе два провода ПЭЛ. ПЭВ или ПЭЛШО диаметром 0.1…0.15 мм, до заполнения каркаса. Внутрь каркаса вставляют сердечник (рис. 4.в). выточенный из мягкой стали, и приклеивают его к каркасу. Чтобы улучшить магнитные свойства сердечника и предупредить его остаточную намагниченность, заготовку сердечника желательно отжечь (нагреть, например, в пламени горелки газовой плиты), а затем охладить при комнатной температуре

Детали электронного устройства размещают внутри небольшого корпуса (рис. 4.д). а качели укрепляют на его верхней панели. Электромагнит крепят к панели 3 (рис 4.г) так, чтобы сердечник 4 был вровень с поверхностью панели или немного выступал над ней. Для крепления качелей к этой же панели прикрепляют две стойки, а между ними устанавливают перекладину. В нее вбивают две проволочные скобки и пропускают через них отрезки толстых швейных ниток. Концы ниток привязывают к доске 2 качелей, на которой укрепляют фигурку. Снизу к доске приклеивают небольшой постоянный магнит 1. Учтите, чем сильнее магнит, тем лучше работает электронный ключ. Его можно составить из двух магнитов от негодного микро-электродвигателя — их склеивают так. чтобы северные полюсы были в середине. Подойдет и магнит от магнитной защелки (такие защелки используются в современной мебели) или от других устройств. Если имеющийся магнит велик, не пытайтесь расколоть его ударами молотка, иначе он размагнитится. Отделить часть магнита лучше всего, сжимая его в тисках либо отламывая без удара.

Магнит прикрепляют к доске так. чтобы при остановленных качелях он находился точно напротив сердечника электромагнита и на расстоянии 2…3 мм от него (это расстояние регулируют с помощью нитяных подвесок доски)

Включив питание игрушки, качните доску с фигуркой. Если она вскоре остановится, вероятная причина — неправильное включение обмотки катушки L1 электромагнита. Поменяйте местами ее выводы.

Работу электронного ключа можно проверить и так. Выключив питание, подключите параллельно выводам выключателя (иначе говоря, в цепь коллектора транзистора) миллиамперметр на 100 мА. При раскачивании доски или приближении постоянного магнита к сердечнику электромагнита стрелка миллиамперметра будет резко отклоняться. Если она отклоняется слабо, установите более сильный постоянный магнит или увеличьте напряжение питания.

По принципу работы этой игрушки построен маятник многих электронно-механических часов, например «Славы» — внутри их тоже имеются катушка индуктивности, два постоянных магнита, транзистор (рис. 5).

Автор: Б.С.Иванов