トランジスタを電気的に制御されるスイッチとして使用する
部品と材料
- 6V電池 2個
- NPNトランジスタ 1個（2N2222または2N3403推奨；Radio Shack #276-1617は15個パック）
- 100kΩ抵抗 1本
- 560Ω抵抗 1本
- LED 1個（Radio Shack #276-026または標準的なLED）
抵抗値とLEDタイプはデモンストレーションにとってクリティカルではありません。
参考文献
『Lessons In Electric Circuits』第3巻 第4章：「Bipolar Junction Transistors（バイポーラ接合トランジスタ）」
学習目標
- バイポーラ接合トランジスタにおける電流増幅を理解する
回路図
イラスト
手順
図には、矢印印で終端し100kΩ抵抗の一端に接続された赤いワイヤーが示されています。このワイヤーを緩んだままにして、回路内の他の点に瞬間的に触れられるようにします。
赤いワイヤーのフリー端を、それ自体より正の電位を持つ任意の点——最も一般的にはDC電源の正極——に触れさせます。100kΩ抵抗が電流を約0.12mA（12V÷100kΩ）に制限しているにもかかわらず、LEDが点灯します。これは微小なベース電流が、はるかに大きなコレクタ電流を制御できることを示しています。
効果を定量化するには、赤いワイヤーと直列に電流計を接続し、正電源に接続：
メータの最も感度の高いレンジを選んで微小ベース電流を読み取ります。次にLED電流を測定し、両値を比較。通常200倍以上の電流利得が見られ、トランジスタが電気的に制御されるスイッチとして機能することを確認できます。
ハンズオンデモとして、緩いワイヤーを外し、100kΩ抵抗の未接続端を指2本で電源の正極にブリッジしてみてください。指先を濡らすと導電性が向上します。ベース経路の接触圧を変えて抵抗を変化させ、LED輝度の変化を観察。これはトランジスタが単なるバイナリスイッチではなく、可変電流コントローラとしても機能することを示します。
コンピュータシミュレーション
ノード番号付きSPICE回路図：
ネットリスト（以下を.cirファイルにコピー）：
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
シミュレーション結果：560Ω抵抗の電圧降下（v(1,3)）は10.26V、LED電流18.32mAに相当。100kΩ抵抗の降下は11.15V、ベース電流わずか111.5µA——トランジスタの増幅能力を強調。
ダイオードモデルパラメータ is=1e-28 はLEDの高い順方向電圧降下をシミュレート。
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