Praktisch rekenen aan transistors 1

Presentatie over: "Praktisch rekenen aan transistors 1"— Transcript van de presentatie:

1 Praktisch rekenen aan transistors 1
De basisweerstand behoort bij open leertaak OT 3.4.2 © friesland college 1999

2 Rekenen aan transistors 1
In dit instructieprogramma leer je hoe je de basisweerstand in een eenvoudige transistorschakeling kunt berekenen. De ervaring leert dat dit door veel cursisten lastig wordt gevonden. Vandaar deze extra mogelijkheid om in de open leervorm dit te kunnen leren. De open leertaak bestaat uit 2 instructiedelen met 2 oefentoetsen. Als je nu denkt dat je in staat bent basisweerstanden te berekenen, maak dan direct beide oefentoetsen. Heb je op beide een score van 80% of hoger dan zit het wel goed en hoef je de theorie niet meer te bestuderen. Scoor je lager, werk dan de beide onderdelen uit dit oefenprogramma’ door en maak daarna de toetsen nogmaals. In het startmenu op de volgende afbeelding kan je kiezen. Klik op de gele pijl.

3 Rekenen aan transistors 1
Hoofdmenu. Klik op een figuur 1. De werking van de transistor 2. Het berekenen van de basisweerstand Oefentoetsen 1 en 2

4 De werking van de transistor
In de vorige open leertaak heb je deze schakeling gesimuleerd. Om er zeker van te zijn dat je weet waar het over gaat, zullen we de onderdelen uit deze schakeling één voor één bekijken en toelichten.

5 De werking van de transistor
Links staat het symbool van de voedingsspanning. Dit kan een voedingsapparaat zijn maar ook een batterij.

6 De werking van de transistor
Led Relais Luidspreker Rc staat voor collectorweerstand. Dit kan een weerstand zijn of een LED of een lampje, maar ook een relais of een luidspreker. Wij gaan voor de berekeningen eerst maar eens uit van een gewone weerstand.

7 De werking van de transistor
Ib = basisstroom Rb staat voor basisweerstand. Deze weerstand bepaalt de grootte van de basisstroom die door de transistor gaat lopen.

8 De werking van de transistor
En natuurlijk de transistor zelf. We zien zodadelijk hoe die werkt.

9 De werking van de transistor
Meet Ic Ic Ib Uce c b e Meet Ib Meet Uce A Juiste metersymbool De rechthoekige symolen zijn meetinstrumenten die komen uit het simulatieprogramma EWB. De symbolen behoren natuurlijk rond te zijn.

10 De werking van de transistor
De stromen collector basis emitter We gaan eerst de transistor wat nauwkeuriger bekijken. De transistor is een stroomversterker. Van de collector naar de emitter kan een stroom lopen. We noemen dit de collectorstroom. De gele pijl geeft dit weer.

11 De werking van de transistor
De stromen collector basis Ib emitter Ic Om die stroom te laten lopen moet er een basisstroom lopen. De groene pijl geeft dit weer. De basisstroom zorgt ervoor dat de collectorstroom kan lopen

12 De werking van de transistor
De stromen collector Ic basis Ib Ib emitter Ie = Ic + Ib Ic We zien dat de stroom door de emitter gelijk is aan Ic + Ib

13 De werking van de transistor
De stromen Grotere basisstroom Ib zorgt voor een grotere collectorstroom Ic collector basis Ib emitter Kleinere basisstroom Ib zorgt voor een kleinere collectorstroom Ic Ic Bekijk de bovenstaande figuren. Er bestaat een vaste verhouding tussen Ic en Ib. Dit noemen we hFE. hFE = Ic / Ib en kan bijvoorbeeld 200 zijn. Dit betekent dat de collector stroom altijd 200 x zo groot is als de basisstroom.

14 De werking van de transistor
De spanningen collector N basis P N emitter Diode vervangings- schema Opbouw Schemasymbool We kunnen een transistor in sommige gevallen bekijken als een schakeling van 2 dioden. Voor PNP en NPN gelden verschillende vervangingsschema’s. (denk erom dat dit vervangend schema niet altijd gebruikt mag worden) We concentreren ons eert op het NPN type.

15 De werking van de transistor
De spanningen collector N basis P Ib Ib N Ib emitter De basissitroom die door de transistor loopt, gaat eigenlijk door een diode in doorlaat (PN overgang)

16 De werking van de transistor
De spanningen collector N basis P Ib Ib + N + Ib V V 0,7V _ 0,7V _ emitter En we weten dat over een diode in doorlaat een doorlaatspanning van ongeveer 0,7V komt te staan. We zeggen Ube = 0,7V

17 Als er een Ib loopt, geldt: Ube = ± 0,7V
De werking van de transistor Onthoud goed: Als er een Ib loopt, geldt: Ube = ± 0,7V De spanningen collector N basis P Ib Ib + N + Ib V V 0,7V _ 0,7V _ emitter En we weten dat over een diode in doorlaat een doorlaatspanning van ongeveer 0,7V komt te staan. We zeggen Ube = 0,7V

18 De werking van de transistor
Dit is het laatste scherm van het onderdeel “De werking van de transistor” Je kunt nu de oefentoets 1 maken via het menu, maar je kan ook het tweede deel van dit instructieprogramma doorwerken. Klik dan op de button met het pijlsymbool. Menu Deel 2

19 Berekening van de basisweerstand
Eerst gaan we kijken in welke situaties we een transistor kunnen gebruiken. We nemen een aantal praktische voorbeelden.

20 Berekening van de basisweerstand
Lampje 10V/2W grote logge potmeter Voorbeeld 1: We willen een lampje van 10V/2W dimmen. Als het lampje voluit brandt loopt er een stroom van 0,2A (P=UxI). Dit is een grote stroom voor een kleine potmeter. We moeten dus een grote logge potmeter gebruiken………… of een transistor gebruiken.

21 Berekening van de basisweerstand
Rb Lampje 10V/2W Lampje 10V/2W c b e grote logge potmeter kleine potmeter Door het lampje loopt maximaal een stroom van 200 mA. Als de hFE van de transistor 100 bedraagt, kunnen we rechts een potmetertje voor maximaal 2 mA toepassen. Immers Ib = Ic / hFE. De portmeter zit hier op de plaats van de basisweerstand Rb.

22 Berekening van de basisweerstand
Rb Rb Lampje 10V/2W Lampje 10V/2W c c b b e e Gevaarlijk Veilig Als we de basisweerstand op 0W zetten zal Ib héél groot worden en zal de transistor opgeblazen worden. We moeten dus een vaste weerstand opnemen. (rechter figuur) We rekenen voor het gemak verder met het linker schema

23 Berekening van de basisweerstand
Rb lampje Ic=150 mA c b Gegeven: hFE=100 Ube=0,7V e Nu de berekening van de basisweerstand Rb. Als de basisweerstand op de grootste waarde staat, zal de basisstroom Ib klein zijn. Maken we Rb kleiner dan neemt Ib toe. Stel dat we het lampje (iets gedimd) willen laten branden op een stroom van 150 mA. Door de transistor loopt dan een collectorstroom van 150 mA.

24 Berekening van de basisweerstand
Rb lampje Ic=150 mA c b Ib=1,5 mA Gegeven: hFE=100 Ube=0,7V e Om de collectorstroom van 150mA te laten lopen moet er een basisstroom lopen van 1,5 mA. Immers: Ib = Ic / hFE = 150mA / 100 = 1,5 mA We weten nu hoeveel stroom er door de weerstand moet lopen.

25 Berekening van de basisweerstand
Rb lampje Ic=150 mA c b Ib=1,5 mA Gegeven: hFE=100 Ube=0,7V e Ube=0,7V Als we de spanning over Rb weten, kunnen we de weerstandswaarde berekenen. We weten dat tussen de basis en de emitter een spanning staat van 0,7V.

26 Berekening van de basisweerstand
Rb lampje Urb=9,3V Ic=150 mA c 10V b Ib=1,5 mA Gegeven: hFE=100 Ube=0,7V e Ube=0,7V Als Ube = 0,7 V dan is de spanning over de basisweerstand ,7 = 9,3V.

27 Berekening van de basisweerstand
Rb lampje Urb=9,3V Ic=150 mA c 10V b Ib=1,5 mA Gegeven: hFE=100 Ube=0,7V e Ube=0,7V We kunnen nu de basisweerstand Rb berekenen. Rb = URb/Ib = 9,3 / 1,5e-3 = 6,2 kW

28 Berekening van de basisweerstand
Rb lampje Urb Ic=75 mA c b Ib Gegeven: hFE=150 Ube=0,7V e Ube=0,7V Een vraag: Bereken nu zelf de waarde van Rb voor een stroom (door het lampje) van 75 mA. Schrijf de gehele berekening op een papiertje. Let op: we gebruiken een andere transistor met een hFE van 150 en de voedingsspanning is verlaagd naar 8V.

29 Berekening van de basisweerstand
We hebben een basisstroom nodig van: Ib=Ic / hFE = 75mA / 150 = 0,5mA Over Rb staat een spanning van : URb = 8 - 0,7 = 7,3V Door Rb loopt een stroom van 0,5 mA Rb moet dan zijn: Rb = 7,3 / 0,5x10-3 = 14,6 kW +8V Rb lampje Urb Ic=75 mA c b Ib Gegeven: hFE=150 Ube=0,7V e Ube=0,7V Het antwoord: we hebben een weerstand nodig van 14,6 kW

30 Berekening van de basisweerstand
We hebben een basisstroom nodig van: Ib=Ic / hFE = 75mA / 150 = 0,5mA Over Rb staat een spanning van : URb = 8 - 0,7 = 7,3V Door Rb loopt een stroom van 0,5 mA Rb moet dan zijn: Rb = 7,3 / 0,5x10-3 = 14,6 kW Onthoud goed: algemeen recept berekenen Rb 1. bereken de benodigde basisstroom 2. Bereken de spanning over Rb (meestal de voedingsspanning - Ube) 3. Bereken Rb = Urb / Ib +8V Rb lampje Urb Ic=75 mA c b Ib Gegeven: hFE=150 Ube=0,7V e Ube=0,7V Het antwoord: we hebben een weerstand nodig van 14,6 kW

31 Berekening van de basisweerstand
IMAX 4 mA De uitgang is 1 & R1 U=5V ILED 20 mA LED Voorbeeld 2: We willen een LED laten branden op een uitgang van een digitale poort. De poort levert een spanning van 5V maar mag slechts een stroom leveren van 4 mA, terwijl de LED pas goed brandt bij een stroom van 20 mA.

32 Berekening van de basisweerstand
IMAX 4 mA & R1 U=5V ILED 20 mA LED Dit mag dus niet. Het IC zal stuk gaan. Met een transistor kunnen we dit probleem oplossen

33 Berekening van de basisweerstand
IMAX 4 mA R1 & LED c ILED 20 mA R1 Rb & b ILED 20 mA e LED IMAX 4 mA Rechts zie je de schakeling. Door de transistor loopt een collectorstroom van 20 mA. De basisstroom mag niet groter zijn dan 4 mA. De hFE van de transistor moet dus minimaal 5 zijn. Dat lukt dus altijd wel.

34 Berekening van de basisweerstand
LED LED c Rb & b e De transistor werkt nu als schakelaar.

35 Berekening van de basisweerstand
U=5V U=5V LED LED Uitgang is “1” c ILED 20 mA ILED 20 mA Rb b & e IB V U=5V Als de poort een 1 afgeeft (5V) werkt de transistor als een dichte schakelaar. Over de LED en de serieweerstand R1 staat 5V.

36 Berekening van de basisweerstand
LED LED Uitgang is “0” c Rb b & e V U=0V Als de poort een 0 afgeeft (0V) werkt de transistor als een open schakelaar. De poort geeft 0V af. Hierdoor loopt er geen basisstroom en zal er ook geen collectorstroom lopen. De LED is uit.

37 Berekening van de basisweerstand
U=5V Gegeven: hFE = 75 Ube = 0,7V LED Uitgang is “1” c ILED 20 mA Rb b & e IB=0,2 mA V U=5V We gaan de basisweerstand berekenen. Door de LED loopt 20 mA. Ic moet dus 20 mA zijn. De basisstroom moet dan zijn: Ib = Ic / hFE = 20 mA / 100 = 0,2 mA.

38 Berekening van de basisweerstand
U=5V Gegeven: hFE = 75 Ube = 0,7V LED URb=4,3V c ILED 20 mA Rb b & Ube= 0,7V e V U=5V Als Ube = 0,7 V, dan staat over Rb een spanning van 5 - 0,7 = 4,3 V.

39 Berekening van de basisweerstand
U=5V Gegeven: hFE = 75 Ube = 0,7V LED URb=4,3V c ILED 20 mA Rb b & IB=0,2 mA e Door Rb moet een stroom lopen van 0,2 mA bij een spanning van 4,3V Rb moet dan een weerstand zijn van Rb = Urb/Ib = 4,3/(0,2x10-3 )= 21,5 kW.

40 Berekening van de basisweerstand
Ook hier geldt: algemeen recept berekenen Rb 1. bereken de benodigde basisstroom 2. Bereken de spanning over Rb (nu de uitgangsspanning - Ube) 3. Bereken Rb = Urb / Ib R1 U=5V Gegeven: hFE = 75 Ube = 0,7V LED URb=4,3V c ILED 20 mA Rb b & IB=0,2 mA e Door Rb moet een stroom lopen van 0,2 mA bij een spanning van 4,3V Rb moet dan een weerstand zijn van Rb = Urb/Ib = 4,3/(0,2x10-3 )= 21,5 kW.

41 Berekening van de basisweerstand
Dit is het laatste scherm van het onderdeel “De berekening van de basisweerstand” Je kunt nu de oefentoets 2 maken via het menu. Heb je op beide oefentoetsen een voldoende hoge score, dan kan je er van uit gaan dat je soortgelijke berekeningen goed kunt maken. Menu