De casus natuurkunde / electriciteit

Het onderwerp: natuurkunde, electriciteit, gelijkspanning, wisselspanning, etc..

De applet: TRANSISTOR

Leerstof over zaken als weerstand, stroom en spanning svp zelf zoeken.

Over het simulatie-programma van de transistor-schakeling, 'Transistor', die in jullie werkstuk geimplementeerd dient te worden, is heel veel informatie. Over de (technische) inhoud en de (rekentechnische) achtergronden van het simulatie-model moet je bij Rik Min zijn, hij heeft veel toepasselijk materiaal.

Lijkt deze opdracht jullie wat? Maak met hem een afspraak. Hij is jullie projectleider en inhoudsdeskundige als je deze casus kiest.

Begrippenlijst:

  • gelijkspanning in Volt [V]
  • wisselspanning in Volt [V]
  • gelijkstroom I in Ampere [A] of milliAmpere [mA]
  • wisselstroom i in Ampere [A] of milliAmpere [mA]
  • weerstand R
  • condensator C
  • spoel L
  • AC
  • DC
  • sinusvormige spanning (sinus)
  • blokspanning (blok)
  • transistor
  • collector c
  • emitor e
  • basis b
  • ingangsspanning ui
  • uitgangsspanning uo
  • versterking uo/ui
  • gelijkstroom instelling (van de transistor): de instelling (in Volts) van een schakeling in rust.
  • instelling (van de transistor)
  • flip flop
  • bit 0 of 1
  • byte: serie van 8 bits.
  • schakeling: een aantal geschakelde weerstanden, condensators, transistors en/of andere elementen.
  • transistor schakeling: een schakeling met minstens een transistor.
  • electronische schakeling: een electronisch circuit.
  • electrische schakeling: een schakeling zonder transistors.
  • superponeren: twee of meer spanningen of stromen 'bij elkaar genomen' (c.q. 'bij elkaar opgeteld').
  • interferentie: idem; alleen meestal in de ruimte, bijvoorbeeld bij geluidsgolven.
  • xxx
  • xxx
  • xxx
  • xxx
  • xxx
  • xxx

    TIPS

    1. Wat met deze applet heel goed duidelijk is te maken is het ‘niveau’ waarop de wisselspanningen in een versterker zoals in deze transistor schakeling, feitelijk allemaal zitten. Leerlingen van een MBO dienen dit zeer goed te beseffen.

    In principe versterkt een versterker een (kleine) wisselspanning tot een (grote) wisselspanning. Een wisselspanning is gedefinieerd als een spanning die wisselt tussen twee uitersten (zie het badkuip verhaal). Meestal evenveel onder nul als boven nul. Hierdoor is de gemiddelde wisselspanning altijd precies 0 (nul). Soms – zoals bij ons stopcontact – wisselt de spanning tussen 0 Volt (nul) (‘aarde’) en +220 Volt. Daarmee is de spanning in ons stopcontact eigenlijk een wisselspanning van +110 Volt / -110 Volt gesuperponeerd op een gelijkspanning van 110 Volt.

    2. Deze applet, vooral versie B, laat dat heel goed zien. Als je de tijd laat lopen zie je dat na verloop van een tijdje de wisselspanning op komt. De rustige gelijkspanning wordt verstoord: het wordt een ‘wisselende’ gelijkspanning. Een gewone doch snelle voltmeter zal dat eventueel duidelijk kunnen laten zien.

    Wat je ook heel goed kan zien bij deze applet, in beide versies, is dat er altijd een stroom door de transistor vloeit, ongeacht of er wel of geen wisselspanning of wisselstroom op wordt gesuperponeerd. Zie het tuinslang-verhaal. Er is echter een verschil tussen de waterstraal die altijd loopt en altijd constant is en blijft, terwijl dat bij de gelijkstroom door de transistor niet het geval is. Bij de transistor wordt de gelijkstroom wat minder en/of wat meer. Gemiddeld genomen blijft de gelijkstroom echter precies 1 milli-Ampere. Die 1 milli-Ampere noemen we de gelijkstroom instelling van de transistor. Zonder deze gelijkstroom werkt de transistor uberhaupt niet. Leerlingen van een MBO dienen dit zeer goed te beseffen. Die milliAmpere is vergelijkbaar met de waterstroom door de tuinslang. Zonder waterstroom kun je uberhaupt niet of niets slingeren en niets zien.

    3. Een derde tip is om de leerlingen eens te laten spelen met de vier weerstanden. Het eenvoudigste opdracht zou dan kunnen zijn hen te vragen de weerstand RC te verhogen en hen te vragen of de versterking nu is toegenomen of afgenomen en zo ja hoeveel de versterking dan wel niet is toegenomen of afgenomen. D.w.z. de uitgangsspanning (uo) delen op de ingangsspanning (ui) c.q. uo/ui.

    Dat moeten ze dan keurig netjes aflezen uit de twee grafieken of via de twee tellertjes.

    TIPS

    1. Om een goed educational design te maken zul je in de huid moeten kruipen van iemand uit jullie doelgroep en moeten kunnen voorstellen en voorspellen wat hun problemen zijn of worden als ze met jouw programma of website aan de slag moeten.

    Hoe wij (jullie) de leerling gaan benaderen is een zaak van permanente aandacht; er veel met de opdrachtgever over praten; wat haalbaar is en wat niet; en voortdurende bijstelling.

    2. De weergave-vorm van de applet, versie A, geeft zowel de gelijkspanningen (geel) als de wisselspanningen (rood); zowel visueel als digitaal. De weergave-vorm B laat eerst alleen de gelijkspanningen zien. Na enkele milliseconden zie je hoe de wisselspanning op de gelijkstroomspanning wordt gesuperponeerd. De tellertjes geven - digitaal - de gemiddelde wisselspanningen aan. Duidelijk is te zien, dat de gelijkspanningen op en neer gaan, maar gemiddeld genomen niet. De drie tellertjes zullen dan ook geen fluctuaties te zien geven.

    3. Belangrijke opdrachten – voor jullie doelgroep - kunnen zijn:

  • Wat gebeurt er met de wisselspanningsversterking als de weerstand RC 2 maal hoger wordt?
  • Wat gebeurt er met de gelijkspanning?
  • etc.

    4. Ideeen voor de parallelle coach kan zijn:

  • 1e coach: “Je ziet hier een transitor met vier weerstanden. De weerstanden zorgen voor de specifieke gelijkspanningen op de afzonderlijke plekken van de transistor: de collector (c), de emitor (e) en de basis (b)”. Etc.
  • 2e coach: “Je kunt de weerstanden veranderen met de scrollbars links”. Etc.
  • 3e coach: “Je kunt de tijd laten lopen door op continu te drukken”. Etc.
  • Etc.

    Enschede, 29 okt 2001; updated 8 okt. 2003.