Рассматриваются схемы подключения транзистора и принцип работы фоторезистора. Собираем 2 схемы простейших датчиков освещенности. Проводим лабораторную работа с транзистором, работающим в ключевом режиме. Рассчитано на детей 7+. 

Цель занятия:

1. Знакомство с принципом работы транзистора и фоторезистора.
2. Изучение электрических и эксплуатационных свойств датчика освещенности.
3. Знакомство с единицей измерения освещенности люкс.
4. Проектирование полезных конструкций с датчиком освещенности.

Оборудование и пособия.

1. Макетная плата
2. Блок питания 4,5 Вольт.
3. Провод монтажный.
4. Транзистор 2N2222 или BC337.
5. Фоторезистор.
6. Резистор 130 Ом
7. Резистор 2,4 кОм 2 шт
8. Резистор 68 кОм
9. Омметр
10. Люксметр

План занятия.

1. Что мы уже должны знать.
2. Теоретическая часть. Знакомство с транзистором.
3. Практическая часть. Сборка электронной схемы с транзистором.
4. Лабораторная работа. Заполнение таблицы с параметрами на входе и выходе схемы с транзистором.
5. Теоретическая часть. Знакомство с фоторезистором.
6. Практическая часть. Сборка датчиков освещенности.
7. Проектирование полезных конструкций с датчиком.
   Задача на автоматизацию включения настольной лампы.

Что нам необходимо знать?

На этом занятии мы будем использовать макетную плату и монтажные провода. С этими деталями мы с вами уже знакомы по предыдущим занятиям.

Также, нам надо вспомнить, что электрический ток в цепи будет больше если к цепи подвести большее напряжение. Ток в цепи, так же, будет больше если сопротивление цепи уменьшить. Если ток в цепи электронной детали схемы превышает предельно допустимый ток для этой детали, электронная деталь может выйти из строя.

Не забывайте, неправильно поданное напряжение питания на электронную схему может вывести электронную схему из строя.

Теоретическая часть.

Транзистор полупроводниковый прибор с усилительными свойствами.

 Цоколевкy транзисторов см. в статье “Биполярные транзисторы” 

Задание 1. Нарисуйте схематическое изображение транзистора и его цоколёвку. 

У транзистора есть 3 ножки — база, эмиттер и коллектор. Маленький ток базы может управлять большим током коллектора.

Принцип работы транзистора в качестве усилителя мощности электрических сигналов будем изучать на примере схемы включения транзистора с общим эмиттером.

Рис. 1. Схема включения транзистора с общим эмиттером.

Рассмотрим работу n-p-n транзистора. Если подключить эмиттер транзистора к “-” источника постоянного тока то в цепь базы и в цепь коллектора необходимо подключить по резистору, а резисторы подключить к “+”. См. рис. 1.

Транзистор, как и светодиод не умеет самостоятельно ограничивать ток и может сгореть. А с резисторами в цепи базы и в цепи коллектора в транзисторе установятся рабочие токи — ток базы и ток коллектора. Причем, ток коллектора зависит от тока базы и будет во много раз больше тока базы что определяется коэффициентом усиления транзистора.

На схеме изображенной на рис. 1. эмиттер транзистора подключен к “-” источника питания. В цепь коллектора транзистора включена нагрузка — резистор и светодиод. В цепь базы мы включили резистор, который будет ограничивать ток базы до безопасного для транзистора уровня.

Задание 2. Нарисуйте схему изображенную на рис. 1.

Практическая часть.

Задание №3. Соберите на макетной плате электрическую схему с транзистором по принципиальной электрической схеме рис. 1.

Лабораторная работа.

Рис. 2. Таблица для проведения экспериментов с транзистором.

Задание №4. Нарисуйте таблицу. Подключите вход схемы к клемме “0”. Клемма “0”, как видите, соединена с «-» источника питания. Все измерения напряжения в схеме будем делать относительно клеммы “0”. “0” — это 0 Вольт. Тогда клемма “1” это 4,5 Вольт. Подключите вход схемы по очереди к клемме “0” и к “1”. Заполните таблицу. В колонку “Ток коллектора транзистора” вписывайте в ячейки Yes или No, в зависимости от того, горит светодиод или нет. В колонку “Логический уровень на выходе” проставьте 1 или 0 в зависимости от того напряжение на выходе близко к 0 Вольт или больше 1 Вольта. В случае необходимости, используйте измерительные приборы.

Фоторезистор полупроводниковый прибор сопротивление которого меняется под воздействием света.

Рис. 3. Фоторезистор.

Задание № 5. Измерьте сопротивление фоторезистора Омметром в разных условиях освещенности. Заполните таблицу рис. 4.

Освещенность фоторезистора в Lux

Рис. 4. Таблица сопротивлений фоторезистора в разных условиях освещенности.

Люкс (. lux )— единица измерения освещённости в Международной системе единиц (СИ).
Чем больше люкс тем больше света падает на поверхность предмета.
Люкс равен освещённости поверхности площадью 1 м² при световом потоке падающего на неё излучения, равном 1 лм. Соответственно, выполнятся: 1 лк = 1 лм/м. С другой стороны, люкс равен освещённости поверхности сферы радиусом 1 м, создаваемой точечным источником света, находящимся в её центре, сила света которого составляет 1 кд.

Рис. 5. Принципиальная схема датчика освещенности.

Задание № 6. Нарисуйте схему датчика освещенности изображенную на рис. 5.

Задание №7. Соберите датчик освещенности по схеме рис. 5.

Светодиод на плате датчика включается когда освещенность фоторезистора внешним источником света уменьшается или увеличивается?

Рис. 6. Принципиальная схема датчика освещенности.

Задание № 6. Нарисуйте схему датчика освещенности изображенную на рис. 6.

Задание №7. Соберите датчик освещенности по схеме рис. 6.

Светодиод на плате датчика включается когда освещенность фоторезистора внешним источником света уменьшается или увеличивается?

Проекты.

Задание №9. Придумайте возможность полезного применения датчика и нарисуйте, как будет располагаться датчик в вашем проекте.
Подсказки - терменвокс, съемка животных, автоматическая кормушка или поилка, включение настольной лампы, если освещенность рабочего места недостаточна, голосовое сообщение “Включили свет”, включение информационных или рекламных щитов, счетчик посетителей, автоматическое управление движением робота по белой полосе или в направлении источника света.

Выводы:

Фоторезистор может найти широкое применение в умном доме и системах автоматизации, управлении роботом.

Контрольные вопросы.

1. Что происходит когда датчик собранный по схеме рис.8 а) хорошо освещен?
2. Что происходит когда датчик собранный по схеме рис.8 а) находится в тени?
3. Что происходит когда датчик собранный по схеме рис.8 б) хорошо освещен?
4. Что происходит когда датчик собранный по схеме рис.8 б) находится в тени?