Hoofdstuk 5: Transistoren

Hoofdstuk 5: Transistoren _______________________ 5.1. Bipolaire transistoren: 5.1.1.Opbouw van de transistor: Fig.5.1: uitzicht van een bipolaire transistor

Een transistor is een aktief halfgeleiderelement dat stroom versterkt. Hij wordt gebruikt als versterker element voor het versterken van stroom en door toevoeging van elektronische componenten als versterker van spanning en vermogen. Ook wordt hij gebruikt als schakelelement; als schakelaar heeft de transistor de mogelijkheid om een grote stroom contactloos te schakelen wat vonkvorming en inbranding van de contacten voorkomt, hetgeen wel optreedt bij een relais of mechanische schakelaar. De transistor is gemaakt van Germanium of Silicium. Hij is opgebouwd uit drie halfgeleidermaterialen die tegen elkaar gebracht zijn. We kunnen dan twee soorten transistoren onderscheiden: NPN-transistor en een PNP-transistor (zie fig.5.2). Het geheel wordt ondergebracht in een metalen of plastieken behuizing. De transistor heeft drie aansluitklemmen: basis, emittor en collector. De middenste laag is altijd de basis, is zeer dun uitgevoerd t.o.v. de buitenste lagen en slechts zeer weinig verontreinigd zodat de geleidbaarheid zeer laag is. De buitenste lagen zijn daarentegen sterk gedopeerd en hebben een grote geleidbaarheid. De overeenkomstige symbolen vinden we in fig.5.3. c

c emittor

N

P

N

e

collector

b

b

c b

e

basis

e

c emittor

P

N

e

P

collector

b

c b

c b

Fig.5.2

e

basis

Fig.5.3

e Fig.5.4

De transistor kunnen we als het ware bekijken als twee dioden die tegengesteld in serie geschakeld zijn (zie fig.5.4). In werkelijkheid kunnen we de transistor niet vervangen Cursus elektronica 5TET

Hfdst.5, blz.1

door twee dioden daar we de aansluitklemmen aan elkaar moeten solderen, terwijl bij de transistor de P- en N-materialen rechtstreeks aan elkaar bevestigd zijn. 5.1.2. Codering: Om een onderscheid te maken tussen de verschillende soorten transistoren gaat men ze een nummer, codering geven die op de behuizing gedrukt wordt. We onderscheiden drie types coderingen: Europese, Amerikaanse en Japanse codering. 5.1.2.1. Europese codering: De codering van halfgeleiderelementen is genormaliseerd in Europa door de "proelektron" code (zie tabel 5.1). Ze bestaat uit twee of drie letters gevolgd door een nummer, eventueel met daarachter nog de letter A, B of C die de spreiding van de versterkingsfactor aangeeft. Voorbeeld: BC 547 B Tabel 5.1

5.1.2.2. Amerikaanse codering: (zie tabel 5.2) Hierbij hebben we twee grote groepen: 1N XXXX: diode vb.: 1N4148 2N XXXX: transistor vb.: 2N3055 De X staat voor een cijfer. De groep van cijfers duidt op het serienummer van de fabrikant. Tabel 5.2

Cursus elektronica 5TET

Hfdst.5, blz.2

5.1.2.3. Japanse codering: (zie tabel 5.3) Tabel 5.3

5.1.3.Uitmeten: Bij het vervangingsschema hebben we de transistor beschouwd als twee dioden in oppositie geschakeld. We kunnen nu de twee diodes apart uitmeten alsook hun combinatie tussen collector en emitter, op dezelfde manier zoals we dat gedaan hebben bij het doormeten van de diode. Deze metingen leren ons of de transistor defect is maar zeggen ons in het geheel niets over de transistoreigenschappen. Door zes metingen uit te voeren (zie tabel 5.4 en fig.5.5) kunnen we de goede werking van de transistor onderzoeken. Wanneer we een digitale meter op diodetest gebruiken (zoals bij de diodes gezien) verkrijgen we als aanduiding in doorlaat de diffusiespanning van desbetreffende diode. Aangegeven waarden in de tabel duiden dan enkel en alleen maar op de grootteorde en zijn geen exacte waarden. Tussen basis en emitter en basis collector hebben we een diode; in de ene richting zal deze doormeten en de diffusiespanning op de meter aanduiden, in de andere richting staat de diode in sper en duidt de meter niets aan. Tussen collector en emitter zijn er twee diodes die tegengesteld aan elkaar zijn geschakeld; bij deze twee metingen zowel in de ene als de andere richting meten we een open keten daar altijd een van de twee diodes in sper staat. Komt een van de metingen die we verrichten niet overeen met de tabel dan is de transistor zeker defect. Zoals reeds bij het uitmeten van de diode is gezegd is de plusklem van de meter de volt, ohm-ingang en de minklem van de meter de com-ingang. Om een betrouwbare meting uit te voeren, moeten we de transistor ook los solderen en uit de schakeling nemen voor we de metingen uitvoeren. Bij het uitmeten van de transistor kunnen we de antwoorden krijgen op de volgende vragen: 1. Is de transistor goed of slecht? 2. Is het een PNP- of NPN-transistor? 3. Is het een Ge- of Si-transistor? 4. Bij een transistor met metalen behuizing of behuizing met metalen koelstrook kunnen we de ligging van de aansluitklemmen uitmeten.


Hfdst.5, blz.3

Onderstaande tabel is gegeven voor een NPN-transistor. Voor een PNP-transistor draaien de gemeten waarden tussen basis emitter en tussen basis collector om en tussen collector en emitter geen doorgang.

Tabel 5.4

Fig.5.5

5.1.4.Het transistoreffect: 5.1.4.1. Emittor-basis diode in doorlaat: (Fig.5.6) SPERLAAG

N

P

N

e

c

e

c b

b

Ie

Ube -

+

Ie

DOORLAAT

Ube

Ib

-

Ib

+

Fig.5.6

De diode van de basis naar de emitter is in doorlaat geschakeld. Indien de spanning tussen basis en emitter groter is dan 0,6V kan er een emitterstroom vloeien. Indien de spanning over basis en emitter (Ube) stijgt dan stijgt ook de emitterstroom (Ie). De sperlaag die ontstaat, vanwege het in doorlaat polariseren, is zeer smal. Hieruit volgt dat bij een kleine Ue er reeds een grote elektronenstroom zal vloeien. Dus de meerderheidladingdragers zijn de elektronen. De stroom van de minderheidladingdragers, de gatenstroom, is te verwaarlozen, vanwege de kleine verontreiniging van de basis en is te beschouwen als zijnde nul.


Hfdst.5, blz.4

5.1.4.2. Collector-basis diode in sper: (Fig.5.7) SPERLAAG

N

P

N Icbo

e

c

e

c b sper

b -

Ucb

Ucb

+

-

+

Fig.5.7

De diode van collector naar basis is in sper geschakeld. Er vloeit een kleine sperstroom of lekstroom (Icbo) van enkele nA. De sperlaag is breed, vanwege het in sper staan van de collector-basis overgang. Hieruit volgt dat er geen stroom van de meerderheidladingdragers, dus geen elektronenstroom, zal vloeien. De stroom van de minderheidladingdragers is zeer klein (Icbo: lekstroom). 5.1.4.3. Beide spanningen tegelijkertijd: (zie fig.5.8) Er vloeit een stroom van emitter naar basis. Door de smalle uitvoering van de basis en zijn kleine geleidbaarheid zullen er slechts weinig elektronen via de basis afvloeien. N e

P

Icbo

N

Ie

Ic

c

e

c

Ib

b doorlaat

b

Ube

Ucb

-

Ube

+

sper

Ucb

-

+

Fig.5.8

Door de pluspool langs de collectorzijde verkrijgen we dat de elektronen de sperzone tussen basis-collector overwinnen en via de collector afvloeien. Vanwege het in sper staan van de collector-basis zal er een lekstroom vloeien van minderheidladingdragers van collector naar basis (Icbo). Deze lekstroom is zeer klein: voor Germanium in de grootteorde van microampere (µA) en voor Silicium nanoampere (nA). Dit verschijnsel noemt men het transistoreffect. Voor de PNP-transistor is de werking volledig hetzelfde als men de rol van de gaten en de elektronen omdraait. Besluit:

–

Om de transistor te kunnen gebruiken, moeten we voldoen aan de volgende werkingsvoorwaarden:


Hfdst.5, blz.5

1. basis-emittor overgang in doorlaat aansluiten; 2. basis-collector overgang in sper plaatsen.

–

Uit figuur 5.8 kunnen we voor de stromen het volgende besluit trekken: I e = I b + Ic

–

De collectorstroom bestaat uit twee delen: 1.een deel ∝ (alfa) van de stroom Ie; dit geeft ∝.Ie=Ic; 2.de collectorlekstroom Icbo. Hieruit volgt: Ic = ∝.Ie + Icbo ∝ noemt men ook de statische stroomversterkingsfactor in de GBS van de transistor (voorgesteld in catalogi door hFB) en heeft meestal een waarde tussen 0,97 en 0,998.

5.1.5.Fundamentele schakelingen van de transistor: Een versterker heeft vier aansluitklemmen: twee in en twee uit (zie fig.5.9). Bijvoolbeeld een audio versterker heeft als ingang een microfoon. We sluiten deze microfoon aan de versterker met meestal twee draden: een draad als signaal ingang en de andere als massa. Als uitgang van de versterker hebben we een luidspreker; deze heeft ook twee aansluitdraden waarvan één signaal de andere de massa. De massadraden zijn binnenin de versterker onderling verbonden en we kunnen zeggen dat de versterker beschikt over drie draden waarvan één gemeenschappelijk is voor in- en uitgang.

Fig.5.9

De transistor heeft er ook drie. Vandaar dat we één klem van de transistor gemeenschappelijk zullen moeten nemen. We zullen de collector nooit als ingang en de basis nooit als uitgang gebruiken. Hierbij zullen we beperkt worden tot drie mogelijke schakelingen: 1. Gemeenschappelijke basisschakeling (GBS) (zie fig.5.10) 2. Gemeenschappelijke emitterschakeling (GES) (zie fig.5.11) 3. Gemeenschappelijke collectorschakeling (GCS) (zie fig.5.12)


Hfdst.5, blz.6

-

e

GBS

+

GES c

+ +

IN

GCS

c b

-

UIT

UIT

b

UIT

b

IN

-

+

e

IN

e

-

-

Fig.5.10

c

+

Fig.5.11

+ Fig.5.12

Elke schakeling heeft zijn specifieke toepassing. Wij daarentegen zullen ons beperken tot het bespreken van de meest gebruikte schakeling namelijk de GES. Voor een goede werking van de transistor zullen we bij elke schakeling zorgen dat de emitter basis diode in DOORLAAT en de collector basis diode in SPER staat. Voor de GES kunnen we de polariteit van de verschillende aansluitklemmen volgen in fig.5.11. 5.1.6.Transistor in GES: De GES is de meest gebruikte schakeling; daarom gaan we deze schakeling van naderbij bekijken. Willen we de transistor laten werken als versterker dan zullen we ALTIJD de basis emitter diode in DOORLAAT en de collector basis diode in SPER aansluiten aan de voedingsspanning, dit zowel voor een NPN als een PNP transistor. Door het feit dat de basis emitter diode in doorlaat staat zal er een stroom vloeien van basis naar emitter. Deze basisstroom veroorzaakt een collectorstroom van collector naar emitter, ondanks het feit dat een van de twee diodes tussen collector en emitter in sper staat. We kunnen nu drie stromen onderscheiden (zie fig.5.13) namelijk: emitterstroom (Ie), basisstroom (Ib) en de collectorstroom (Ic). Het verband tussen deze stromen is als volgt: Fig.5.13

Ie= Ic+Ib In de GES is de collectorstroom een aantal malen groter dan de basisstroom. Het aantal malen dat de basisstroom versterkt wordt noemt men de versterkingsfactor van de transistor. Hieruit volgt: Ic= Ib.β β (Beta) = de stroomversterkingsfactor van de transistor in de GES, ook wel hFE genoemd, en kan liggen tussen 30 en 800 naargelang het transistortype. De ingangsstroom kunnen we beperken door een basisweerstand Rb. Om de uitgangsstroom om te zetten naar een uitgangsspanning plaatsen we in de collector een weerstand Rc. De eenvoudigste versterkersschakeling in de GES zien we getekend in fig.5.14.


Hfdst.5, blz.7

Fig.5.14

5.1.7.Transistorkarakteristieken: Om de transistor als versterkerelement te kunnen gebruiken, moeten we de geschikte spanningen kunnen aanleggen zodat de gepaste stromen kunnen vloeien; we noemen dit de gelijkstroominstelling van de transistor. De fabrikant geeft hiervoor een aantal karakteristieken die betrekking hebben op de uit- en ingangsgrootheden en ook betrekking hebben op de GES daar deze schakeling het meest gebruikt wordt. De volgende grootheden zijn in de GES van belang (zie fig.5.15): ingangsstroom Ib; ingangsspanning Ube; uitgangsstroom Ic; uitgangsspanning Uce.

Ic

Ib Uce Ube

Tussen deze grootheden bestaan er verschillende verbanden, vastgelegd in vier meest gebruikte karakteristieken. Om deze karakteristieken te kunnen opmeten gebruiken we het schema van fig.5.16.

Fig.5.15

5.1.7.1. De ingangskarakteristiek: Deze karakteristiek is niet meer of minder dan de karakteristiek van een diode in doorlaat (fig.5.17). Hierbij wordt gekeken naar het verloop van de basisstroom in funktie van de basis-emitterspanning. Ib(µA)

Ic Rb

Ib

60°C

25°C

Uce Fig.17

Ube

Uce=cte

Fig.5.16 Ube(V)

In verkorte vorm schrijven we Ib=f(Ube) bij Uce= cte.


Hfdst.5, blz.8

De ingangskarakteristiek is sterk temperatuursafhankelijk. Bij het vergroten van de temperatuur verkrijgen we bij eenzelfde waarde van Ube een grotere Ib. 5.1.7.2. De uitgangskarakteristiek: Deze karakteristiek vertelt ons hoe de collectorstroom evolueert bij het verhogen van de collector-emitterspanning bij een constante basisstroom; dus Ic=f(Uce) bij Ib=cte. Hij is de belangrijkste karakteristiek van de vier. De karakteristiek kunnen we indelen in drie delen: (zie fig.5.18) 1. Het gebied B: Dit gebied geeft een horizontaal verloop mee. Hierbij zien we dat de collectorstroom Ic vrijwel niet verandert bij het verhogen van Uce en bij een constante basisstroom Ib. Men noemt dit het lineaire gebied van de transistor en is tevens het werkgebied. In dit gebied gaan we de transistor instellen om te kunnen werken als versterker. 2. Het gebied A: In dit gebied stijgt Ic zeer snel bij slechts een kleine toename van Uce. Voor deze waarden van Uce kan de transistor niet werken als stroomversterker. Bij een bepaalde Uce vertoont de karakteristiek een knik waarna we in het gebied B komen. De spanning waarbij dit gebeurt noemen we de kniespanning (Ucek) en bedraagt enkele tiende van een volt. 3. Het gebied C: Uce wordt groot, te groot. Hierdoor vergroot het vermogen (P=U.I) waardoor de temperatuur in de transistor stijgt. Wanneer de temperatuur stijgt neemt de collectorstroom ook toe. We krijgen aldus een cumulatief effekt waardoor de transistor gaat oververhitten en kapot gaat. In dit gebied mag de transistor geenszins werken. Ic(mA)

Ib=25µA

Ib=20µA Ib=15µA

Ib=15µA Ib=10µA Ib=5µA

Ib=0µA

A

B

C

Uce(V)

Fig.5.18


Hfdst.5, blz.9

Wanneer we nu Ib veranderen zien we dat Ic ook verandert en aldus een andere karakteristiek tot gevolg heeft. Voor elke vaste ingestelde waarde van Ib krijgen we een andere karakteristiek voor Ic in funktie van Uce. Door het feit dat we voor elke waarde van Ib een andere uitgangskarakteristiek verkrijgen, kunnen we een oneindig aantal uitgangskarakteristieken opmeten. Hieruit kunnen we ook besluiten dat Ic zeer sterk afhankelijk is van Ib en praktisch in het geheel niet van Uce in het gebied B. Ic stijgt dus bij het verhogen van Ib en niet door het verhogen van Uce in het gebied B. Aldus kunnen we spreken van een stroomversterking. 5.1.7.3. De transfertkarakteristiek: (zie fig.5.19) Men noemt dit ook de overdrachtkarakteristiek of stroomversterkingskarakteristiek. De uitgangsstroom Ic wordt opgetekend bij verandering van de ingangsstroom Ib terwijl Uce konstant gehouden wordt: Ic=f(Ib) bij Uce=cte. Ic(mA)

Uce=8V Uce=4V

Wat duidelijk opvalt is de grote lineariteit tussen Ib en Ic. We zien hier duidelijk hier duidelijk dat Ic zeer sterk afhankelijk is van Ib, immers: Ic=I.Ib. In het begin zal de karakteristiek niet juist in het nulpunt beginnen maar iets erboven. Hij beschrijft dan een kleine bocht om vervolgens lineair te stijgen. Deze nietlineariteit kunnen we ook terugvinden in de uitgangskarakteristiek in het gebied A.

Ib(µA) Fig.5.19

5.1.7.4.

De

reaktiekarakteristiek:

(zie

fig.5.20) Ube(V)

Ib=20µA Ib=15µA Ib=10µA Ib=5µA

Uce(V)

Deze karakteristiek geeft de terugwerking van de uitgangsspanning Uce op de ingangsspanning Ube terwijl we de basisstroom constant houden: Ube=f(Uce) bij Ib=cte. Bij moderne transistoren heeft de karakteristiek bijna geen belang meer daar de terugwerkende invloed slechts zeer gering is. Deze karakteristiek is daarom ook overbodig geworden. We zien hier dat de karakteristiek bijna een rechte horizontale lijn beschrijft die erop duidt dat bij toename van Uce, Ube praktisch niet verandert.

Fig.5.20

De vier karakteristieken worden meestal samengebracht op één assenstelsel zodat het onderling verband kan worden vastgesteld. Bijvoorbeeld: Wanneer we Ib kennen, kunnen we onmiddellijk Ube aflezen op de ingangskarakteristiek, Ic op de transfertkarakteristiek en Uce op de uitgangskarakteristiek. Cursus elektronica 5TET

Hfdst.5, blz.10

5.1.8.Bepalen van het instelpunt van de transistor: zie fig.5.21 Door het feit dat we de vier karakteristieken voorstellen in de vier kwadranten van een grafiek kunnen we hun onderling verband veel beter vaststellen. Daar we, zoals we kunnen zien in de uitgangskarakteristiek, slechts in het werkgebied B kunnen werken, moeten we de transistor gaan instellen. Dit doen we door de nodige gelijkspanning aan de transistor aan te leggen. We bepalen dan een instelpunt P dat meestal in het werkgebied gelegen is. Dit instelpunt P kunnen we overbrengen naar de overige karakteristieken. We zien dat elk punt van de karakteristiek steeds drie grootheden bepaalt. In het voorbeeld in de figuur zien we dat:

− − − −

voor P1 geldt dat Uce=4V; Ube=600mV; Ib=10µA voor P2 geldt dat Uce=4V; Ib=10µA; Ic=3,33mA voor P3 geldt dat Ib=10µA; Ic=3,33mA; Uce=4V voor P4 geldt dat Ib=10µA; Uce=4V; Ube=0,6V

Is een bepaalde grootheid gekend dan kunnen we de andere grootheden afleiden.


Hfdst.5, blz.11

Fig.5.21


Hfdst.5, blz.12

5.1.9. De maximumwaarden van de transistor: Elk onderdeel in de elektronica heeft maximale waarden, zo ook de transistor. De fabrikant geeft dan ook voor elke transistor de maximale waarden. De grootheden die voor de transistor van belang zijn, zijn: stromen, spanningen en vermogen zowel aan de ingang als de uitgang. Bij een teveel van één van deze faktoren oververhit de transistor en gaat hij daardoor kapot. De meest belangrijke waarden zijn echter deze van de uitgang van de transistor, namelijk: de maximum collectorstroom (Icmax), de maximum collector-emitterspanning (Ucemax) en het vermogen in de collector-emitter overgang (Pcmax). Bijvoorbeeld: BC107 Hierbij is: Ucemax = 50V Icmax = 100mA Pcmax = 300mW Ic(mA) 100 90 80 DISSIPATIEHYPERBOOL

70 60 50

VERBODEN GEBIED 40 30 20 10

10

20

30

40

Uce(V)

50

Deze maxima kunnen we zeer duidelijk vaststellen op de uitgangskarakteristiek. De maximum collector-emitterspanning wordt aangeduid op de horizontale as en de maximum collectorstroom op de vertikale as. De maximum dissipatie in de collector (maximum vermogen in de collector) vinden we door bij elke waarde voor Uce de Ic uit te rekenen via de formule voor het vermogen (I=P/U). De gevonden waarden worden op de uitgangskarakteristiek uitgezet. De bekomen punten vormen, wanneer met elkaar verbonden, een hyperbool. Vandaar dat men spreekt over de dissipatiehyperbool (zie fig.5.22).

WERKGEBIED

Fig.5.22

Bijvoorbeeld: 1. Bij Uce = 10V: Icmax = Pcmax / Uce = 0,3W / 10V = 30mA 2. Bij Uce = 20V: Icmax = 0,3W / 20V = 15mA 3. Bij Uce = 30V: Icmax = 0,3W / 30V = 10mA 4. Bij Uce = 40V: Icmax = 0,3W / 40V = 7,5mA We constateren dat de berekende maximum collectorstromen veel kleiner zijn dan de opgegeven maximum collectorstroom. Het is daarom aan te raden om voor elke aangelegde spanning de maximum collectorstroom te berekenen daar anders, bij het overschreiden ervan, de transistor onherroepelijk defect raakt. Bij grotere stromen is het ook wenselijk de transistor te koelen. Dit gebeurt door aangepaste koelvinnen te gebruiken.


Hfdst.5, blz.13

5.1.10. Aanleggen van de gelijkspanningsvoeding aan een transistor in de GES 5.1.10.1. Met twee gelijkspanningsbronnen: (Zie fig. 23, 24 en 25) Om een transistor te doen functioneren moeten we hem voorzien van de nodige energie, gelijkspanning. De werkingsvoorwaarden zijn: basis - emitter diode in doorlaat en collector - basis diode in sper. Voor de basis - emitter diode moeten we een gelijkspanning aanleggen waarvan de plus aan de basis komt voor een NPN transistor. Wanneer deze bron groter is dan 0,6 V, zijnde de diffusiespanning van een diode, moeten we ervoor zorgen dat de stroom in de diode niet te groot wordt en moeten aldus een weerstand in serie in de keten opnemen om de stroom in de diode te beperken. Op de basis zelf meten we een spanning van 0,6 V ten opzichte van de emitter. Vermits we met een GES schakeling te doen hebben, moeten we ervoor zorgen dat de basis - collector diode in sper komt te staan, maar op zo'n wijze dat de gemeenschappelijke klem van de twee bronnen aan elkaar komen te liggen aan de emitter. Dit wil dus zeggen dat een tweede bron aangesloten moet worden tussen collector en emitter maar zodanig dat de basis - collector diode in sper staat. Vermits de basis op een positieve spanning van ongeveer 0,6 V staat, moet de spanning aan de collector op een hogere positieve spanning staan dan de basis, zodat de basis collector diode toch nog in sper komt te staan. Hiervoor gebruiken we een gelijkspanningsbron die een hogere spanning heeft dan deze van de basis - emitter diode (vb. : 12 V). Het gevolg is nu dat, wanneer we een basisstroom laten vloeien, er een collectorstroom vloeit die een aantal malen groter is dan de basisstroom al naargelang de grootte van de versterkingsfactor van desbetreffende transistor. Het aansluiten van de voedingsspanning kunnen we zien in fig. 23, waarbij we de polarisatie van de diodes duidelijk kunnen bekijken, en fig. 24, die het schema weergeeft met het symbool.

Fig. 23

Fig. 24

Fig. 25

Het is ook de bedoeling om de transistor te belasten met bijvoorbeeld een lampje, relais of luidspreker. We nemen de belasting op in de collectorketen en verkrijgen dan fig. 25. We verkrijgen op deze wijze een serieketen van de weerstand van de belasting met de weerstand van de collector - emitter overgang van de transistor, dus ook een spanningsdeling naargelang de verhouding van deze twee weerstandswaarden. Hoe groter de basistroom, hoe groter de collectorstroom en hoe kleiner de weerstandswaarde van de collector - emitter overgang; dus hoe kleiner de spanningsval over collector - emitter en hoe groter de spanningsval over de belasting. Voorgaande is beschouwd voor de NPN - transistor. Voor de PNP - transistor verloopt de uitleg op dezelfde wijze maar moeten we wel de twee bronnen omdraaien om te kunnen voldoen aan de twee werkingsvoorwaarden. De aansluitingen verlopen nu volgens fig. 26, fig. 27 en fig. 28. Cursus elektronica 5TET

Hfdst.5, blz.14

Fig. 26

Fig. 27

Fig. 28

5.1.10.2. Met één gelijkspanningsbron en één basisweerstand of stroompolarisatie: In bovenstaande hebben we altijd twee gelijkspanningsbronnen nodig, hetgeen in de praktijk niet wenselijk is. In fig. 29 is het schema getekend met één gelijkspanningsbron. De vraag is nu of er voldaan wordt aan de twee werkingsvoorwaarden. De positieve kant van de voeding komt aan de basis te liggen van de NPN - transistor en de negatieve kant van de bron aan de emitter, waardoor dus aan de eerste werkingsvoorwaarde is voldaan. De basis staat nu op een positieve spanning van 0,6 V. De collector ligt ook aan de positieve kant van de voeding. Daar nu de weerstandswaarde van de basisweerstand (Rb) veel groter is dan de collectorweerstand is de spanningsval over de basisweerstand veel groter dan die over de collectorweerstand. Dit betekent dat de spanning op de collector groter zal zijn dan op de basis. De kathode van de basis - collectordiode staat dus op een hogere spanning dan de anode waardoor de diode in sper staat en aan de tweede voorwaarde voldaan is. Voor de PNP - transistor moeten we zoals in voorgaande de spanningsbron omdraaien, zoals in fig. 30 te zien is.

Fig. 29

Fig. 30

Voorbeeld: Een gloeilampje heeft een werkspanning van 4,5 V en een gloeistroom van 1 mA. β is 100 en de transistor BC107A is een Si - transistor. Bereken voor deze schakeling Rb en Rc. Teken ook het aansluitschema. gegeven: Ulampje = Urc = 4,5 V Ube = 0,7 V Ic = β.Ib β = 100 Ucc = 12V Cursus elektronica 5TET

Hfdst.5, blz.15

gevraagd: oplossing:

Rb, Rc, werkpunt, aansluitschema Rc = Ulamp / Ilamp = 4,5 / 0,001 = 4.500 Ω Ib = Ic / β = 0,001 / 100 = 10 µA Urb = Ucc - Ube = 12 - 0,7 = 11,3 V Rb = Urb / Ib = 11,3 / 0,00001 = 1.130.000 Ω = 1,13 MΩ

Door een tolerantie van 10% kan Rb, i.p.v. 1,13 MΩ, 1,243 MΩ bedragen. Hieruit volgt: Ib = Urb / Rb = 11,3 / 1,243 M = 0,000009 A = 9 µA Ic = β . Ib = 100 . 9 µA = 0,9 mA Urc = Ic . Rc = 0,9 mA . 4.500 = 4,05 V Besluit: De lamp licht niet meer volledig op. Door de grote weerstand van Rb, geeft een kleine tolerantie reeds grote afwijkingen van Ib en Ic. Hieruit volgt dat de schakeling zeer storingsgevoelig is. Aansluitschema:

Fig. 31

5.1.10.3. Met één gelijkspanningsbron en twee Rb's of spanningspolarisatie: Door een laagohmige spanningsdeler te plaatsen kan de storingsgevoeligheid worden verminderd (zie fig. 32). Om de instelling te berekenen gaan we de schakeling vereenvoudigen (zie fig. 33): De vervangingsbron: Ur2 = I . R2 I = Ucc / R1 + R2 => Ur2 = Ucc x R2 / R1 + R2 De vervangingsweerstand: R1,2 = R1 // R2 (// = parallel) Voor de berekening van de spanningsdeler: I2 = 10 x Ib


Hfdst.5, blz.16

Fig. 32

Fig. 33

Voorbeeld: Voor de gegevens kijken we naar voorgaande voorbeeld: gevraagd: R1 en R2 oplossing: Ic = 1 mA Ib = Ic / β = 1 mA / 100 = 10 µA I2 = 10 x Ib = 10 x 10 µA = 100 µA Ur2 = Ube = 0,7 V => R2 = Ur2 / I2 = 0,7 / 0,0001 = 7.000 Ω = 7 kΩ I1 = Ib + I2 = 110 µA Ur1 = Ucc - Ube = 12 - 0,7 = 11,3 V => R1 = Ur1 / I1 = 11,3 / 0,00011 = 102.727 Ω = 102 kΩ Wanneer nu één van de weerstanden afwijkt door tolerantie, zien we dat de spanningsval over R2 praktisch niet verandert.


Hfdst.5, blz.17

Hoofdstuk 5: Transistoren

Recommend Documents