트랜지스터를 전기적 제어 스위치로 사용하기

부품 및 재료

• 6V 배터리 2개
• NPN 트랜지스터 1개 (2N2222 또는 2N3403 권장; Radio Shack #276-1617은 15개 팩)
• 100kΩ 저항 1개
• 560Ω 저항 1개
• LED 1개 (Radio Shack #276-026 또는 표준 LED)

저항값과 LED 종류는 시연에 결정적이지 않습니다.

참조 자료

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Chapter 4: "Bipolar Junction Transistors" (바이폴라 접합 트랜지스터)

학습 목표

• 바이폴라 접합 트랜지스터의 전류 증폭 이해

회로도

실물 배선도

 

실험 방법

회로도에는 화살표 끝이 달린 빨간 선이 100kΩ 저항 한 쪽 끝에 연결돼 있습니다. 이 선을 느슨하게 남겨두어 회로의 다른 지점에 잠깐 접촉할 수 있게 하세요.

빨간 선의 자유 끝을 자신보다 더 양전위인 지점, 가장 흔히는 DC 전원의 양극에 대세요. 100kΩ 저항이 전류를 약 0.12mA(12V ÷ 100kΩ)로 제한함에도 LED가 켜집니다. 이는 작은 베이스 전류가 훨씬 큰 컬렉터 전류를 제어함을 보여줍니다.

효과를 정량화하려면 빨간 선과 직렬로 전류계를 연결하고 양극에 대세요:

미터의 가장 민감한 레인지를 선택해 미세한 베이스 전류를 읽으세요. 그런 다음 LED 전류를 측정해 두 값을 비교하세요. 일반적으로 전류 이득이 200을 초과해 트랜지스터가 전기적 제어 스위치 역할을 함을 확인할 수 있습니다.

직접 체험하려면 느슨한 선을 제거하고 100kΩ 저항의 비연결 끝을 양손 엄지/검지로 전원 양극에 대보세요. 손가락을 적시면 전도도가 좋아집니다. 접촉 압력을 조절해 베이스 경로 저항을 바꾸면 LED 밝기가 변합니다. 이는 트랜지스터가 단순 온/오프 스위치를 넘어 가변 전류 제어기로 동작할 수 있음을 보여줍니다.

컴퓨터 시뮬레이션

노드 번호가 표시된 SPICE 회로도:

넷리스트 (다음 텍스트를 .cir 파일에 복사):

Transistor as a switch
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

시뮬레이션 결과: 560Ω 저항 양단 전압 강하(v(1,3))는 10.26V로, LED 전류 18.32mA에 해당합니다. 100kΩ 저항 강하는 11.15V로, 베이스 전류는 고작 111.5µA—트랜지스터의 증폭 능력을 부각합니다.

다이오드 모델 파라미터 is=1e-28은 LED의 더 높은 순방향 전압 강하를 시뮬레이션합니다.

관련 워크시트

• Bipolar Junction Transistors as Switches Worksheet