TRANSISTOR

Met deze simulatie kunnen jullie - thuis of tijdens speciale practica - leren hoe weerstandjes uitwerken in een transistorschakeling. En daarna, als ze dit onder de knie hebben, hoe ze twee verschillende soorten spanningen leren te onderscheiden: gelijkspanning en wisselspanning.

De applicatie bevat ook 'parallelle instructies'. De losse instructie alsmede de losse opdrachten zijn ontworpen conform de 'Parallelle Instructie' theorie van Min en de 'Cognitive Laod' theorie van Mayer [Min, de PI-theorie, 2004, Maijer, the Cognitive Load theory, 2002].

DIT IS HET (VOORLOPIGE) INTERACTIEGEDEELTE:

=== hier kun je startwaarden kiezen of veranderen === [0 - 315] [0 - 109] --> [0 - 100%] --> uiMax: [V] bij Ucc: [V].
beta 0 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 320	ui Max 0 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 110	R1 (norm=174.0): (kOhm) R2 (norm=56.0): (kOhm)		RC (norm=4.0): (kOhm) RE (norm=1.99): (kOhm)

We hebben de ingangsspanning op het tijdstip t=0 op nul gezet. Dan kun je eerst even goed nadenken over de door ons ingestelde instellingen van de schakeling. Na t=3 zetten we de wisselspanning aan. Maar we hebben de wisselspanning nog niet goed op collector (en de emitor) van de transistor gezet. Wil je desondanks kijken wat er gebeurt, klik op 'Doorgaan'. Wil je nu al doorgaan met andere weerstandswaarden klik dan en daarna pas op 'Doorgaan'. Het bekijken van ons aparte instructiematerialen gaat via de knopjes onder de output van de simulator.

DIT IS HET (VOORLOPIGE) SIMULATIE/ANIMATIEGEDEELTE:

Zwart URC: = (Norm= 4.46)

Groen Uce: (Norm=5.32)

Geel URE: (Norm=2.221)

    ui

    xx

    URC

    URE

    UTce

    Uo instelpunt

beta: / s: / ui: / uo:

Tijd (t): . (De tijd loopt door tot 200.)

Wil je dit doorgronden? Herstart de pagina en laat de tijd weer lopen (door op 'Doorgaan' te klikken). Het rode blokje geeft dan de ingangswisselspanning (ui) aan. Het groene lijntje het opladen van de condensator. Na t=3 wordt de ingangsspanning aangezet. Het groene blokje geeft dan de wisselende gelijkspanning tussen collector en emitor aan. Snap je dat? Dat is de kern van dit betoog. De drie middelste blokjes geven de spanningen over RC, over RE, en tussen de collector (c) en de emitor (e) van de transistor in rust aan. Bij het inschakelen moet eerst de condensator worden opgeladen. Heb je dat allemaal gezien? De som van deze 3 spanningen is de batterijspanning van (hier) 12 volt. De gelijkspanning in rust op de collector ten opzichte van de aarde is Uo. Herstarten van het model doe je met het 'reloaden' van de gehele web-pagina.

De gelijkspanningen 'over' de transistor is hier 5.3 [V]. Want bij het inschakelen van de stroom is de spanning over RC gelijk 4.46 [V] en over RE is hij in het begin 2.21 [V]. Maar als de condensator "is volgelopen" staat de spanning op 7.533 [V].

TIP: Verander eens met het twee schuifje de ingangsspanning?

Hoe moet je deze basis-transistorschakeling beoordelen? Tip: altijd de gelijkspanningen over de weerstanden (en over de transitor) instellen door de juiste waarden van de vier weerstanden te kiezen (te berekenen). Zie hierboven in welke volgorde dat moet gaan. Die is hier voor een stroom door de collector gekozen van 1 [mA] 7.533 [V]. Die vijf aspecrten bepalen de gehele 'gelijkspannings-instelling van een transistor'. De condensator over RE is alleen essentieel voor de uitgangs-wisselspanning. Niet voor het instellen van de gelijkspanningen. Kijk goed naar de twee bovenstaande schema's.

Als je op de knop 'Doorgaan' hebt geklikt zie je de vier gelijkspanningen, de twee wisselspanningen (IN en UIT), maar ook de meeste gelijkstromen en sommige wisselstromen (ic, ie en ib).

TIP 1: Stop na een paar pulsen gezien te hebben en maak dan R1 eens een stuk kleiner. Dan zie je dat de spanning op de basis (UB) groter wordt (logisch!) en de spanning op RE ook langzaam toeneemt (het onderste (bruine) blokje). De spanning tussen c en e wordt dan kleiner (UTce). Dat komt door de gelijkstroom veranderingen vanwege de condensator (CE). Bij wisselspanning speelt de condensator CE geen rol. De condensatoren C1 en C2 wel. Zie later.

TIP 2: Kijk goed wat er gebeurt met de spanning op RC en RE. De wisselspanning (uo) maakt dat de gelijkspanningen URE, URC en die tussen c en e verschuiven naar andere waardes en de gelijkstroom door RC ook. De som van deze 3 spanningen blijft 12 volt, de batterijspanning (Ucc). Zie ook de bijlages [Bijlage VI]. Maar nu komt het! Op deze drie spanningen zit de uitgangsspanning gesuperponeerd! Daarom zie je die drie gelijkspanningen 'op en neer gaan'. Dat is de dan ook de clou van deze transistorschakeling. (Wordt nog aan gewerkt.)

Aan de simulatie en de animatie wordt nog verder gewerkt. Het geheel moet nog een meer functionele vorm krijgen. De uitleg en de instructieteksten vooral. De instructie en de opdrachten (die nog niet overeen stemmen met deze applicatie) kunnen (als je de simulatie en wat wat is een beetje door hebt) wel door jou al vast een beetje bekeken worden.

DIT IS HET (VOORLOPIGE) TWEEDE GRAFISCHE OUTPUTGEDEELTE:

Gelijkstroom: IC0: Norm hier xx [mA] IN (wisselspanning): ui: [V] Wisselstroom: ic: Norm hier xx [mA] ib: Norm hier xx [mA] ie: Norm hier xx [mA]

UNDER CONSTRUCTION    IBt    xx    IB0    ICt    IC0    Uo instelpunt URCwissel: [V] Ucewissel: [V] UREwissel: [V] --------- Utwissel: [V]

Gelijkspanning: Uce (0): Norm hier: 5.33 [V] Ube (0): Norm hier: 0.7 [V] UIT (wisselspanning): uo: [V] Gelijkstroom (+wissel): ICt: Norm hier xx [mA] IBt: Norm hier xx [mA] IEt: Norm hier xx [mA]

Elke transistor heeft zijn eigen karakteristieken. In de karakteristiek van deze transistor zie je de gelijkstrooom die de transistor in rust ingaat (IC0) en de gelijkstroom die de transistor in rust uitgaat (IE0), plus de bijbehorende gelijkstroom door de basis (IB0). (Zie Ic, Ie en Ib in bijlage IV en V.) De waardes van deze 3 gelijkstromen in rust en de 3 bijbehorende gelijkspanningen in rust noemen we de instelling van de transistor.

TIP 3: Maak R1 eens wat kleiner. 100 Ohm in plaats van 174 Ohm. Bij 100 Ohm zie je UTce xxx gaan en URE xxx. Naar mate er minder xxxx is/komt, wordt het xxx beperkt. Naar mate de xxx hoger is, wordt het xxxx minder.

NAWOORD:

Mijn speciale dank gaat uit naar de wetenschappelijke medewerkers van de faculteit Elektrotechniek, Universiteit Twente. Dankzij hen ontstond de eerste goede (correcte) versie van deze klassieke transitorschakeling rond 1995. Daarna volgde vele updates: in o.a. 2004, 2010, 2019 en later. Het model is door veel van mijn studenten gebruikt bij hun werkstukken. (Zie elders op mijn websites.) Dit hier is de laatste versie en ook voor het eerst in mijn nieuwe simulatiesysteem. Het is het derde wiskundige model dat in mijn nieuwe simulatiesysteem is geimplementeerd. Hiervoor werd het 'kweken van vissen' in een viskweekvijver, de bloeddruk in de aorta en de vloeistofbalans in het cardiovasculaire systeem ermee mogelijk gemaakt.

Rik Min, Enschede, 26 juli 2025. Update okt. 2025

REFERENTIES:

• Tranistor (versie 2025): Hoe werkt een transistor (I) (Rik Min)

• Tranistor (versie 2022): Hoe werkt een transistor (II) (demo)

• Tranistor (versie 2018): Hoe werkt een transistor (III) (Schouten)

• Tranistor (versie 1995 - 2002): Oude Java applets

• Tranistor (versie 1995 - 2005): Adaptief lesmateriaal

----- BIJLAGE I -----
ACHTERGRONDINFORMATIE

De gelijkstromen in het schema van de transistor [Uit: Schouten, de geaarde emitter schakeling.]

----- BIJLAGE II -----
ACHTERGRONDINFORMATIE

De gelijkspanningen op de transistor [Uit: Schouten, de geaarde emitter schakeling.]

----- BIJLAGE III -----
ACHTERGRONDINFORMATIE

De wisselspanning (uo) maakt dat de gelijkspanning URE op en neer gaat en de gelijkstroom IC0 ook op en neer gaat [Uit: Schouten, de geaarde emitter schakeling.]

----- BIJLAGE IV -----
ACHTERGRONDINFORMATIE

Het printje met vier potentiometers voor de de instelling van de gelijkstroom met de vier essentiele weerstandjes [Rik Min, UT/TO/ISM, 1991].

----- BIJLAGE V -----
ACHTERGRONDINFORMATIE

Een screendump van een van mijn laatse transistor-simulators bij Toegepaste Onderwijskunde, de onderzoeksgroep van de vakgroep 'onderwijskundige instrumentatietechnologie' (ISM) [Rik Min, 2004].



----- BIJLAGE VI -----
ACHTERGRONDINFORMATIE
HET MODEL
(Met xxxx het xxx van xxx en xxx de xxx)

The transistor model (gelijkstromen versus wisselspanningen)

R1 = parseFloat(document.AAAA.veldR1.value); R2 = parseFloat(document.AAAA.veldR2.value); RC = parseFloat(document.AAAA.veldRC.value); RE = parseFloat(document.AAAA.veldRE.value); Ucc = 12.0; // <- V UB = Ucc*R2/(R1+R2); // U op de basis! Ui = UR2; // Ui=UR2 is de spanning op de basis (b) URE = URE + ((UB - 0.7) - URE)*dt/(RE+CE); IE0 = URE/RE; IC0 = IE0; // IE0-IB0?? IB0 = IC0/beta; // <- 1/200=0.005 mA IR2 = UB/R2; // UB/R2 - IB0; // of zonder IB0? IR1 = (Ucc - UB)/R1; UR1 = IR1*R1; UR2 = IR2*R2; ui = 10*AAAA * Math.sin(2* 3.1418 * ffff * t); if (ui > AAAA) {ui = AAAA;} if (ui < -AAAA) {ui = -AAAA;} ui1 = ui1 + (ui - ui1)*dt*R2/((R1+R2)*C1); S = 40.0; // ?? of (q / K.T).IC0 = 40.0 ib = ui*S/beta; ic = -beta*ib; ie = ic+ib; uo = -40*ui1*IC0*RC; URC = IC0*RC; UC = Ucc - URC; // de gelijkspanning op de collector (c)! UTce = Ucc - URC - URE; // de gelijkspanning tussen c en e Uce = UTce; // de gelijkspanning tussen c en e Ube = UR2 - URE; // de gelijkspanning tussen b en e ICt = IC0 + ic; IBt = IB0 + ib; IEt = IE0 + ie; Iwissel = ICt; Uo=Ucc-IC0*RC; // de fluctuerende gelijkspanning over RC (zonder uo !!) URCwissel = ICt*RC; UREwissel = 0.0; // want UREwissel = 0.0 (voorlopig)! Ucewissel = Ucc - URCwissel; // want UREwissel = 0.0 (voorlopig)!! Utwissel = URCwissel + Ucewissel + UREwissel; Uec0 = Uce + 1.2; // voorlopig! Error = Ucc - (IC0*RC + Uce + IE0*RE); Controle = URC+Uce+URE; Error = Ucc - (IC0*RC + Uce + URE); Controle = URC+UTce+URE; t = t + dt;

Take as starting values, constants and/or parameters:

A = 0.01; f = 1.0; [1/msec] RC = 4.0; R1 = 174.0; R2 = 56.0; RE = 1.99; Ucc = 12.0; [Volt] beta = 200.0; IB0 = 0.0xx; IE0 = 1.116; [mA] IC0 = 1.116; [mA] q = 1.6E-19; K = 1.38E-23; S = 40.0*IC0; ui = 0.x; [Volt] uo = 0.xx; [Volt] U0 = 7.533; [Volt] ui1 = 0.0; [Volt] IR2 = 0.052; [mA] IR1 = 0.052; [mA] URE = 2.221; [Volt] UCE = 5.312; [Volt] Tmin = 0.0; t = 0.0; [msec] dt = 0.01; [msec] Tmax = 8.0; [msec]
Smaller or larger values can destroy the behavior of this model. That is for your own risc.

The most valuable variables and their ranges are:
ui, the xx of xx/xx [xx/xx] (xx), with range between -xx.0 (Ymin) and xx.0 (Ymax) (suggestion) uo, the xx of xx/xx (xx) [xx/xx] (xx) with range between -xx.0 (Ymin) and xx.0 (Ymax) (suggestion) The most valuable paramers for intervention and their ranges are:
RC [k Ohm] (4.0), with range between 3.0(Pmin) and 13.0 (Pmax) (suggestion) RE [k Ohm] (1.99), with range between 1.5 (Pmin) and 12.0 (Pmax) (suggestion) R1 [k Ohm] (174.0), with range between 120.0(Pmin) and 220.0 (Pmax) (suggestion) R2 [k Ohm] (56.0), with range between 30.0(Pmin) and 80.0 (Pmax) (suggestion) C1 [pF] (0.199), with range between 0.0(Pmin) and 1.0(Pmax) (suggestion) C2 [pF] (0.40), with range between 0.0(Pmin) and 1.0 (Pmax) (suggestion) Ce [pF] (0.174), with range between 0.0(Pmin) and 1.0 (Pmax) (suggestion) A [V] (0.01), with range between 0.0(Pmin) and 0.2 (Pmax) (suggestion)

----- BIJLAGE VII -----
ACHTERGRONDINFORMATIE
DE GEHEIMEN VAN DE SIMULATOR
(Met xxxx het xxxx van xxx en xxx)

Het model loop met 'step' (een aantal malen achter elkaar)
De tijd loop met t (let op: zit hier onderin 'step')
De tijd loop met Tmax (let op 1 keer)
De tijd kan worden geschaald met TT (let op 8 keer)

--- END ---