如何构建一个具有电流放大能力的三极管？

Posted 2022-04-07 卓晴

简 介： 手工使用LED， LDR搭建了 一个具有电流放大能力的“三极管”， 并构建了一个振荡电路， 验证了该三极管具有一定功能的电流增益。 这也说明基于它可以完成信号的放大。

关键词： LED，LDR，三极管

手工搭建的三极管

 

§01 自制三极管

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1.1 相关资料

• Semiconductor Fabrication Basics - DIY Homemade NMOS FET/MOSFET/Transistor Step by Step

1.2 测试输入输出电流

  按照下面的电路，测量LED输入电流，LDR输出电流之间的关系。

▲ 图1.2.1 测量电路

1.2.1 红色LED

▲ 在外部供电10V情况下对应的测量曲线

▲ 图1.2.3 在外部供电为+12V下测量得到的电流

from headm import *
from tsmodule.tsvisa        import *
from tsmodule.tsstm32       import *

vdim = linspace(2, 15, 50)
Iin = []
Iout = []

R1 = 1e3
R2 = 1e2

for v in vdim:
    dh1766volt(v)
    time.sleep(1.5)
    meter = meterval()

    Cout = meter[0]/R2*1000
    Cin = meter[2]/R1*1000

    printff(v, Cout, Cin)
    Iin.append(Cin)
    Iout.append(Cout)

    tspsave('measure', Iin=Iin, Iout=Iout)

plt.plot(Iin, Iout)

plt.xlabel("Input Current(mA)")
plt.ylabel("Output Current(mA)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()

1.2.2 绿色LED

▲ 在外部供电+12V，测量输入电流与输出电流关系

  可以看到绿色电流放大倍数超过了1， 这个三极管具有电流放大倍数。

1.3 构建一体化三极管

  下面使用热缩管将LED，LDR封装在一起。

▲ 图1.3.1 利用热缩管将LED与LDR塑封在一起

  仿照 基于光耦的LED振荡电路 也搭建了一个光耦合电路， 实验证明， 当输入电压为3V， 输出电压为12V的时候，电路出现了振荡。

▲ 图1.3.2 光耦合振荡电路

  通过实验验证， 在输入电压为 2.4V ~ 3.1V 之间 电路振荡。 输入电压再高，再低电路都不振荡。

▲ 图1.3.3 电路振荡波形

▲ 图1.3.4 电路振荡信号波形

 

§02 测试过程

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  下面给出视频脚本内容。

2.1 简介

简介	IMAGE1	M1	IMAGE2	M2	IMAGE3	M3
手工制作三极管具有一定的挑战性。 在这里，我们先定义自己三极管的讨论范围： （1）首先制作的三极管中中包含有半导体器件； （2）具有功率放大能力；		>		>		>
网络给出制作方法大体分为以下几类： 一种方式安装标准流程制作， 但是这种方式不仅步骤繁琐， 而且具有一定危险性。 另外一种是借助于其它半导体器件， 比如光敏电阻，LED等。		>		>
这里是看到Youtube上一个视频， 展示利用LED+LDR制作三极管的过程。 下面也测试一下利用光敏电阻制作三极管。		*		*

2.2 测量过程

测试LED+LDR三极管	IMAGE1	M1	IMAGE2	M2	IMAGE3	M3
这是手边所使用的LED以及光敏电阻。 下面将它们安装在密封金属盒中面包板上， 这样可以放置外部光线的干扰		*		+
在实验金属盒中，将LED正对着光敏电阻。 它们的控制线由同轴电缆对外引出。 这是封装之后测试状态						>
首先测量在黑暗情况下， 光敏电阻阻值， 测试电阻为无穷大。 LED施加5mA电流，此时电阻为4k欧姆。		*				>
下面通过数字可编程直流电源， 给LED逐步电压， 利用100欧姆电阻串联在光敏电阻上，采集10V电压流过的电流。 通过这种方法获得该等效三极管输入输出电流放大倍数。		*
现在进行测试。 这是测试的结果， 可以看到输入电流是输出电流的两倍左右。 这说明应用这种方法，无法获得电流的增益。		>
下面将光敏电阻供电电源从原来的9V提高到12V， 重新进行测。 测量得到结果，对比10V测量结果，可以看到输出电流增加了。 这与光敏电阻的电阻特性相同。 现在使用是红色LED， 如果我们更换成其它颜色LED，结果会怎样？						*
下面使用绿色LED重新测量。 光电电阻供电电压仍然使用+12V。 这是测量结果。可以看到此时， 输出电流已经大于输入电流了。		*		>

2.3 搭建光耦振荡器

构建光振荡器	IMAGE1	M1	IMAGE2	M2	IMAGE3	M3
为了使用方便，将LED与LDR使用黑色热缩管固定在一起。 这样便形成了一个方便使用的三极管了。实际上这个器件与光耦很相似。 测试LDR的电阻为无穷大，说明密封性挺好的。				>>		>
在CSDN博文：基于光耦的LED振荡电路， 介绍了一个基于光耦的振荡电路。 这个电路应用了光耦电流传递倍数大于1， 形成了正反馈的振荡电路。 既然前面已经证明了我们制作的LED+LDR三极管电流增益大于1， 所以可以搭建相同的振荡电路。
这是在面包板上搭建的光耦合振荡器。 为了保证电流增益始终大于1， 输出电压维持在12V。输入电压可以调整。 经过测试，发现当输入电压在3V左右时， 电流便开始震荡了。黄色电压为光敏电阻下端电压信号， 青色信号是二极管上端信号。		*

实验总结	IMAGE1	M1	IMAGE2	M2	IMAGE3	M3
通过搭建光耦合振荡器，证明了使用LED和LDR构成的三极管具有电流放大功能。 这是一个有趣的实验，也许是手工搭建具有放大功能半导体最简单的方法了。 如果你还有其它更好的注意， 就留言告诉我把。 现在示波器显示的振荡波形， 刚才搭建的振荡器输入直流电压在2.4V 到 3.1V 之间调整过程中， 引起电路振荡波形的变化。 现在还剩下一个问题：基于这个手工搭建的三极管振荡电路， 振荡的条件具体是什么呢？				>

 

※ 总  结 ※

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  手工使用LED， LDR搭建了 一个具有电流放大能力的“三极管”， 并构建了一个振荡电路， 验证了该三极管具有一定功能的电流增益。 这也说明基于它可以完成信号的放大。

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■ 相关文献链接:

• Semiconductor Fabrication Basics - DIY Homemade NMOS FET/MOSFET/Transistor Step by Step
• 基于光耦的LED振荡电路

● 相关图表链接:

• 图1.2.1 测量电路
• 在外部供电9V情况下对应的测量曲线
• 图1.2.3 在外部供电为+12V下测量得到的电流
• 在外部供电+12V，测量输入电流与输出电流关系
• 图1.3.1 利用热缩管将LED与LDR塑封在一起
• 图1.3.2 光耦合振荡电路
• 图1.3.3 电路振荡波形
• 图1.3.4 电路振荡信号波形