14. De transistor

14. De transistor

Doel van deze Experience

In deze Experience gaan we uitleggen wat een transistor is. We zullen  de verschillende toepassingen en mogelijkheden uitleggen.

Wat heb je nodig?

  • Multimeter met meetsnoeren
  • 2  x transistor BC547
  • 2 x weerstand 10k
  • 2 x LED, willekeurige kleur
  • 2 x condenstor 100μF

De Experience

De transistor is een heel bijzondere en belangrijke component. In de basisset zit één van de meest gebruikte transistoren: type BC547.

bc547

Een transistor heeft 3 pootjes en bestaat intern uit een tweetal diodes die aan elkaar zijn geplakt om er één component van te maken. De transistor heeft de volgende aansluitingen:

bc547aansluitingen

De drie aansluitingen hebben ook een naam: Een Basis, Collector en Emitter. De Basis zorgt voor de aansturing. De basis en de collector zitten op een spanningsbron aangesloten via een weerstand. Via bovenstaand plaatje kun je zien dat het middelste pootje de basis is en dat de Collector links en de Emitter rechts zit. Het is dus belangrijk dat je de transistor goed aansluit.

In een schema kun je een transistor herkennen aan het volgende symbool:

npnpnpaansluitingen

Je ziet dat er twee types transistoren zijn, NPN en PNP, je kunt deze herkennen in een schema aan de pijl. Bij de NPN wijst de pijl naar buiten, bij de PNP wijst de pijl naar binnen. Het verschil is dat bij de NPN transistor de collector aan de plus zijde van de voeding is aangesloten en bij de PNP de emitter aan de plus zijde is aangesloten. We zullen in de volgende voorbeelden gaan werken met de BC547, een NPN transistor waarbij we de collector uitgang aan de plus zijde van de voeding plaatsen. Aangezien de transistor uit twee diodes bestaat is er net als bij de diode een spanningsval tussen de collector en de basis staat ongeveer 0,7 V en tussen de basis en de emitter staat ook ongeveer 0,7 V in geleiding.

Indien we er voor zorgen dat er voldoende stroom door de basis van de diode naar de emitter loopt, zal er een geleiding plaats vinden tussen de collector en de emitter.

Toepassingen van de transistor

We kunnen de transistor gebruiken als schakelaar of versterker. Als versterker wordt hij toegepast om zwakke signalen te versterken, zoals een versterker in een muziek installatie. Als schakelaar kun je hem gebruiken om bij een bepaald incident een LED of lamp te schakelen. We gaan beide voorbeelden behandelen.
Transistor als versterker

Als de transistor goed is afgesteld heeft hij de eigenschap om wisselspanning signalen te versterken. Elke transistor heeft een zogenaamde versterkingsfactor. Deze wordt aangeduid met hFE. Stel dat een transistor een hFE van 100 heeft, dan zal hij een wisselspanningssignaal van 10 mV  100 x versterken naar 1000 mV dus 1 V.

We laten dit zien aan de hand van een voorbeeld. We gaan een schakeling bouwen met een tweetal transistoren zoals hieronder getekend.
Darlington
Je ziet dat er op de basis van de linkse transistor een weerstand van 100.000 Ω (100kΩ) geplaatst is. Een hele kleine stroom is al voldoende om de twee transistoren te laten geleiden. Als we uitgaan van een versterkingsfactor van 300, dan wordt het signaal twee maal versterkt omdat we 2 transistoren gebruiken. De totale versterking van deze schakeling zal 300 x 300 zijn, ofwel 90.000 keer. Deze schakeling zal dus bij het aanbieden van een heel lage spanning al gaan schakelen waardoor de LED zal gaan branden.

Je ziet dat de weerstand van 100 kΩ niet is aangesloten en open is. Indien we het uiteinde van deze weerstand aanraken zal de aanwezige “statische elektriciteit” van je lichaam al voldoende zijn om de LED aan te laten gaan. Je kent de statische elektriciteit van schokken die je af en toe krijgt als je bent opgeladen of als je haar recht op gaat staan als je een wollen trui aan hebt. Wil je weten hoe statische elektriciteit ontstaat? Lees dan dit artikel op Wikipedia.

 

Darlington

Bovenstaande tekening geeft aan wat we gaan bouwen.

Je zult zien dat als alles goed is aangesloten, de LED gaat branden op het moment dat je met je vinger het uiteinde van de weerstand aanraakt.

Je kunt deze schakeling dus gebruiken om heel zwakke signalen te detecteren (ontdekken), te versterken en er dan iets mee te doen. Een voorbeeld hiervan kun je straks toepassen bij het bouwen van verkeerslichten. Het is je misschien wel eens opgevallen dat er in de weg lussen zitten. Deze zorgen ervoor dat wanneer je met de auto aan komt rijden het verkeerslicht op groen gaat. In één van de laatste Experiences heb je deze schakeling nodig om een detectielus te simuleren (dit is het nabootsen van de werkelijkheid). Met deze schakeling kunnen we straks detecteren of er een voertuig aankomt en het verkeerslicht beïnvloeden.

asfalt detectielus

Transistor als schakelaar

We kunnen de transistor heel eenvoudig als schakelaar gebruiken. Als we zorgen dat er voldoende stroom door de basis gaat zal de transistor gaan geleiden. Door nu gebruik te maken van slimme schakelingen kunnen we hiermee knipperlichten en allerlei andere schakelingen maken. We gaan in deze Experience een knipperlicht bouwen op basis van onderstaand schema.

 

knipperlicht

Je ziet hier twee transistoren die via een Elco en een weerstand aan elkaar zijn verbonden. Onderstaande tekening geeft aan hoe je dit kunt bouwen. Let op dat je nauwkeurig werkt en dat je de condensatoren goed aansluit.

astabielemultivibrator

Het resultaat is dat de twee LEDjes om en om gaan knipperen zoals een waarschuwingslicht of een knipperlicht bij een spoorwegovergang.

 

 

 

Je kunt de verschillende knipper tijden aanpassen door andere weerstanden en Elco’s te gebruiken. Ze zijn nu symmetrisch, aan beide kanten identiek. Je kunt dit ook aan één zijde aanpassen zodat het ene LEDje langer brandt dan het andere. We noemen deze schakeling een Astabiele multivibrator.

Verdieping (optie)

De frequentie van het knipperen is uit te rekenen met de formule:

formule 1

In dit geval met de volgende waarden;

R1 = R2 = 10k Ω = 10.000Ω
C1 = C2 = 100 μF = 0,0001 F

formule 2

f = 0,72 Hz, dit wil zeggen dat hij iets sneller als 1 x per seconde gaat knipperen.

Wat hebben we geleerd;

  • de mogelijkheden en toepassingen van een transistor.
TestenStatus

1 gedachte over “14. De transistor”

  1. Ik wil de bc547b gebruiken om leds te schakelen.
    Led cube 3x3x3.
    En zowel de nul als de plus.
    Plus zijde loopt er 3.3v naar de collector.
    Van een voeding die max 700mA levert.
    De base word geschakeld met 5v 30mA
    Met een weerstand van 1Kohm.
    De emitter gaan naar de leds.
    Dit geld ook voor de null van de leds.
    Null op de collector emitter naar ground.
    En base met 5v 30mA en 1Kohm weerstand.
    Het hoeft alleen te schakelen gaat niet om de versterking.
    Gaat dit werken of zal ik de spullen kapot maken?

Een reactie plaatsen