De transistor

In een aantal experimenten hebben we onderzoek gedaan naar de werking van de transistor. We hebben vastgesteld, waaruit een transitor is opgebouwd en hoe hij als schakel- en versterker element in elektronische schakelingen kan worden toegepast. Experiment 1: De transistor als dubbel diode We bouwden een schakeling met drie lampjes en tussen die twee lampjes een transistor, die we opvatten als een twee verbonden diodes, doel van deze opstelling was vast te stellen, hoe de diodes in de transistor verbonden zijn. We zetten een spanning afwisselend over de verschillende lampjes en noteerden het resultaat in de onderstaande tabel. De gebruikte opstelling vindt u in de bijlage met tekeningen. (* betekent `lampje brandt') L 1L 2L 3 Vpq = 6 V Vpq = -6 V** Vqr = 6 V* * Vqr = -6 V Vpr = 6 V Vpr = -6 V Bespreking: Bij een negatieve spanning over pq loopt er een stroom van q naar p, dus is de diode tussen c en b in doorlaatrichting geschakeld. Bij een positieve spanning over qr loopt er een stroom van q naar r, dus is de diode tussen b en e dan in doorlaatrichting geschakeld. Hieruit volgt, dat beide diodes met hun p materiaal naar elkaar toe zijn gericht en dat dus plaatje b klopt ( zie bijlage ). Het gaat hier dus om een npn transistor.
Experiment 2: Opheffing van de diodeblokkade We bouwden de opstelling, die op de bijlage onder nummer 3 staat vermeldt en keken, wat er gebeurde als we de schakelaar openden en sloten. Als de schakelaar open was brande het lampje niet en als we de schakelaar sloten brande het lampje wel. Het feit, dat het lampje kan gaan branden is niet in overeenstemming met het dubbeldiode karakter van de transistor. In exp. 1 zagen we namelijk, dat bij een positieve of negatieve spanning over pr er geen stroom liep door de transistor. Nu blijkt er wel een stroom van + naar - te lopen via c naar e ( van + naar - via b naar c kan niet, omdat de schakelaar open is ) De diodeblokkade blijkt hier dus te kunnen worden opgeheven. De diode blokkade tussen collector en basis wordt verbroken, als b en c op de + pool van de spanningsbron zijn aangesloten en e op de minpool. Over b en en staat nu een positieve spanning en het p-gebied van de transistor is met de pluspool van de spanningsbron verbonden. De grenslaag van p-gebied en n-gebied van de transistor wordt dus kleiner en er is stroom van c naar e mogelijk. De stroomsterkten, die we maten voor de emittorstroom, de collectorstroom en de basisstroom zijn: Ie = 47,15 mA Ic = 46,75 mA Ib = 0,54 mA
er is dus een vrij klein verschil tussen collectorstroom en emittorstroom. Dit komt doordat er maar een kleinstroompje via de basis loopt, omdat er een hoge weerstand tussen pluspool en basis zit ( 10 k.ohm ) Ic doorloopt een veel kleiner weerstands waarde, dan Ib en is dus ongeveer even groot als de totale (+/-) stroomsterkte bij Ie. Experiment 3: Verband tussen basis- en collectorstroom We bouwden de opstelling van figuur 6 en maten Ib en Ic bij twee vershillende weerstandswaarden. De gemeten stroomsterkten vindt u in de onderstaande tabel. Ib in mA Ic (mA) R=100ohm Ic (mA) R=180 ohm 0,0061,21,1 0,0276,66,3 0,0388,78,6 0,091 25,214,7 0,116 31,4 17,5 0,136 35,4 18,9 0,165 41,0 22,9 0,205 48,9 27,3 0,207 49,4 27,5 0,270 62,2 34,4 De grafieken van Ic tegen Ib vindt u op de bijlage. Aan de hand van deze grafieken berekenden we de stroomversterkingsfactor. Door Ic te delen door Ib. Rc = 100 ohm Ic/Ib = 48,3 * 10-3 / 0,2 * 10-3 = 249
Rc = 180 ohm Ic/Ib = 11,0 * 10-3 / 0,2 * 10-3 = 196
Bij grotere basisstromen blijkt de stroomversterkingsfactor niet langer constant te zijn, de grafiek is niet langer een rechte. Ic wordt namelijk begrensd door de spanning van de voedingskast ( 6,0 V ) en de waarde van R1. De waarde van R1 kan berekend worden, door de spanning te delen door de stroomsterkte en de uitkomst te verminderen met de waarde van de gebruikte weerstand C. 1, 6,0 V / 1,2 * 10-3 = 5,0 k.ohm - 100 ohm = 4,9 k.ohm
2, 6,0 V / 31,4 * 10-3 = 0,19 k.ohm - 100 ohm = 0,18 k.ohm
Bij een toename van Ib blijkt de weerstandswaarde van R1 dus af te nemen. Op een bepaald moment zakt de grafiek inelkaar. Dit komt, doordat Ic steeds minder toeneemt. Bij grotere waarden van Ib wordt R1 steeds kleiner, totdat zijn waarde nadert aan die van Rc, dan wordt de stroomsterkte voornamelijk bepaalt, door Rc, die een constante waarde heeft. Bij een hogere Rc blijkt dus inderdaad de omslag eerder plaats te vinden. Experiment 4: De transistor in schakelcircuits We bouwden de opstelling volgens tekening negen van de bijlage en dekten de LDR af. We namen waar, dat wanneer we de LDr afdekten het lampje aanging en wanneer we de LDR met het lampje belichten het lampje vrijwel onmiddellijk weer uitging. Verklaring: Als er licht valt op de LDR heeft deze een lage weerstandswaarde. Er loopt dan een grote stroom via de potentiometer door de LDr naar de minpool van de spanningsbron. De basisstroom is dan zo klein, dat de relais ( een `signaalversterker' ) het kontakt verbreekt, R1 blijft dus open, zodat er geen stroom loopt door het secundaire circuit, het lampje brandt niet. Zodra de LDR bedekt wordt wordt zijn weerstandswaarde groter, zodat er een grotere stoom via de potentiometer en de weerstand ( 10 k.ohm ) naar de minpool loopt. Op deze verandering van de basisstroom reageert de relais, door contact in de secundaire schakeling te maken, zo loopt er dus een stroom in de secundaire schakeling en gaat het lampje branden. De transistor is nodig, vanwege het splitsen van twee stromen, de collectorstroom en de basisstroom, om er voor te zorgen, dat de basisstroom klein is t.o.v. de collectorstroom, zodat de collectorstroom sterk verandert bij een kleine variatie in de basisstroom.
Experiment 5: Signaalversterking Eerst sloten we de toongenerator op een spanningsbron aan en rechtstreeks op de toongenerator een luidspreker, bij deze opstelling namen we met onze oren geen signaal waar. Vervolgens bouwden we de opstelling van figuur 11 van de bijlage en namen waar, dat de luidspreker een wisselen hard en zacht geluid uitzondt, op een vrij hoge frequentie. Verklaring: De rond de toongenerator gebouwde opstelling werkt als een signaalversterker. De toongenerator laadt, door een wisselend signaal eerst de condesator op, waarna de condesator zich weer ontlaadt, dit leidt tot spanningsvershillen tussen b en a, zodat de stroom door c en a wisselt en de luidspreker een wisselend signaal afgeeft. Het versterkend karakter wordt veroorzaakt, doordat een kleine verandering in stroomsterkte door b een grote verandering in stroomsterkte door c en a tot gevolg heeft. Eindconclusie: Door het doen van een aantal proeven stelden we vast, dat een transistor uit n- en p-materiaal bestaat. bovendien onderzochten we het verband tussen basis en collectorstroom, waarbij bleek, dat tot een bepaalde waarde een stroomversterkingsfactor blijkt te gelden. Tenslotte onderzochten we, hoe de transistor in een schakeling als een stroomversterker kan werken, waardoor een lampje kan gaan branden, bij een kleine stroomverandering en een signaal van een toongenerator versterkt kan worden.