設備與材料

電源供應器 × 1
三用電表 × 1
麵包板 × 1
電晶體 C9013 × 1
光敏電阻 LDR × 1
1/4W 電阻 10kΩ × 1
1/4W 電阻 1kΩ × 1
1/4W 電阻 680Ω × 1
可變電阻 200kΩ × 1
發光二極體 × 1

電路圖

實習目標

1.了解電晶體4個區域中的：截止區，飽和區，工作區
2.了解光敏電阻
3.了解可變電阻
4.了解電晶體 I_B、I_C、I_E、β 之間的關係

實體接線圖

光敏電阻

一般日光燈下電阻約3kΩ，遮光後電阻約25kΩ，完全遮光電阻會>1MΩ，手機 LED 燈照射後，電阻可低於1kΩ；晚上只有日光燈下，不遮光電阻約5kΩ，遮光後電阻約100kΩ，完全遮光電阻會>1MΩ。

電路設計

白天不遮光不動作：

V_B分壓 < 0.6V
9x(1k+3k)/(10k+V_R+1k+3k) < 0.6
36k < 0.6V_R +8.4k
0.6V_R > 27.6k
V_R > 46kΩ

白天遮光動作：

V_B分壓 > 0.6V
9x(1k+25k)/(10k+V_R+1k+25k) > 0.6
234k > 0.6VR +21.6k
0.6 V_R < 212.4k
V_R < 354kΩ

晚上不遮光不動作：

V_B分壓 < 0.6V
9x(1k+5k)/(10k+V_R+1k+5k) < 0.6
54k < 0.6V_R +9.6k
0.6V_R > 44.4k
V_R > 74kΩ

晚上遮光動作：

V_B分壓 > 0.6V
9x(1k+100k)/(10k+V_R+1k+100k) > 0.6
909k > 0.6V_R +66.6k
0.6 V_R < 842.4k
V_R < 1.404MΩ

由上面計算得知， 可變電阻 V_R 在 200kΩ 範圍內，可以調出適當的工作區間。要晚上燈光下與白天都能工作，V_R最好調整到 > 74kΩ，同時符合白天與晚上燈光下都能工作。

測量電壓

1.調整 可變電阻，讓光線亮時 LED 滅，光線暗時 LED 亮。CDS/LDR 遮光時，當成光線暗，沒遮光時當成光線亮。
2.光線暗時 LED 亮，請測量 V_C 電壓，調整 可變電阻，讓 V_C 電壓越低越好，最好接近於 0.2V，但電路又能正常運作。
3. 調整 可變電阻，讓電路可正常運作 且 LED 亮時 V_C =0.2V，測量下列電壓，計算電流。
4. 調整 可變電阻，讓電路可正常運作 且 LED 亮時 V_C =1V，測量下列電壓，計算電流。

請測量 V_a = ? V_B = ? V_C = ? V_d = ? V_f = ?
※測 V_B 時，因為電壓最大約為 0.6~0.7 V 之間，因此直流電壓檔位不要太高，最好是10V以下，測量精確度較高。
※測 V_a 電壓，如果測出來跟外加電壓 9V 相同時，可能是你的電表精確度不夠，可以先測 10kΩ 電阻兩端電壓，V_a = 外加電壓 – 10kΩ 電阻兩端電壓
(便宜的數位三用電表，直流電壓檔選 10V以上 100V以下的檔位時，只能測到小數下2位，選10V以下的檔位，能測到小數下3位)

計算電流

I_B1 =(9 – V_a) / 10k (A) = (9 – V_a) / 10 (mA)
I_B2 = (V_B – V_d) / 1k (A) = (9 – V_a) / 1 (mA)
I_B = I_B1 – I_B2
I_C = (9 – V_f) / 680 (A) = (9 – V_a) x 1000 / 680 (mA)
β = I_C / I_B

如果使用便宜的數位電表測量，Va 測量出來會跟外加電壓相同，因此要直接測量10kΩ兩端的電壓差(如圖5)，選用直流電壓檔位越低越好，最好是最高電壓低於10V的檔位，此時的精確度較好，我選用最高只能測 2V 的直流電壓檔位，可測到 小數點下 3 位。
I_B1 =(圖5電壓值) / 10k (A) = (圖5電壓值) / 10 (mA) = (圖5電壓值)x1000 / 10 (μA)
I_B2 = (圖6電壓值) / 1k (A) = (圖6電壓值) / 1 (mA)= (圖6電壓值)x1000 / 1 (μA)

電晶體飽和

1. βI_B > I_C
2. V_CE ≒ 0.2V

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