Wet van ohm & Kirchhoff toepassen

Beste allemaal,

Voor een opdracht op school heb ik de volgende opdracht gekregen:
Bereken met behulp van de wet van Ohm (en het toepassen van Kirchhoff) wat de waarde van Rb moet zijn om de lamp op volle sterkte te laten branden. Ga hiervoor uit van een Vbe van 0,7V.

Ik weet hoe de wet van Ohm werkt en Kirchoff maar ik kom er gewoon niet uit. Ik weet niet waar en hoe ik moet beginnen.

Hoeveel stroom moet er door de lamp gaan om deze volledig te laten branden?
Die is gelijk aan de Collectorstroom.
Je weet de versterkingsfactor, dan kun je de basisstroom uitrekenen.

Probeer de rest ook.

Daar waar een schakeling rookt, vloeit de meeste stroom (1e hoofdwet van Toeternietoe)

Volle sterkte is een wat lastig begrip. Bij welke spanning?
9 volt? 9 volt-Vsat?
Bij dat laatste brandt de lamp in de schakeling maximaal, maar is dat volle sterkte?

Misschien geef ik hier teveel antwoord weg, maar toch: vraag u af hoeveel spanning er over de transistor blijft staan als de lamp "voluit" brandt.

Als ik het te beantwoorden had, ik zou dat durven stevig vereenvoudigen.

[edit: het antwoord hierboven gaat stevig in dezelfde richting, maar we gaan niet alles weggeven. Laat uw eigen brein werken, en toon ons dat!]

[Bericht gewijzigd door big_fat_mama op 21 november 2020 19:34:18 (25%)]

hoe beter de vraag geschreven, zoveel te meer kans op goed antwoord

Kom jongens, het is een schoolvraag. Er staan wel meer fouten en onvolkomigheden in.
Als je de TS daar mee lastig valt, dan kom je er nooit uit.
Hou het simpel, en het is zo uit te rekenen.

Daar waar een schakeling rookt, vloeit de meeste stroom (1e hoofdwet van Toeternietoe)

Om de lamp op volle sterkte te doen branden moet de transistor als schakelaar werken en mag er bijna geen spanning over de transistor verloren gaan.
De transistor als schakelaar moet in verzadiging gestuurd worden.
Dan daalt de CE-spanning tot onder de BE-spanning tot enkele tientallen mV.
Hiervoor is meer stroom nodig dan je zou verwachten volgens de opgegeven stroomversterking.
De stroomversterkingsfactor wordt immers opgegeven voor een CE-spanning van bijvoorbeeld 5 Volt.

Het antwoord staat al bijna in de vraag.
Ic=50x Ib
dus is de weerstand waardes gelijk aan deze verhouding.

Op 21 november 2020 20:06:40 schreef X3:
De stroomversterkingsfactor wordt immers opgegeven voor een CE-spanning van bijvoorbeeld 5 Volt.

Staat niet in de opgave, dus geen smoesjes verzinnen als je het niet kunt uitrekenen. ;)

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl
High met Henk

Special Member

Hetzelfde: heb je ooit een transistor gezien waar de hfe exact van bekend is als je hem uit je bakje pakt..

En dan bedoel ik dus in de datasheet staat bijv hfe tussen 30 en 70.......

Dus als je er 2 pakt kan daar al 40 x verschil tussen zitten.

Maar als didactisch model werkt dit prima. En dan leer je later wel dat je als worst case hier de 30 aan moet houden.

E = MC^2, dus de magnetische compatibiliteit doet kwadratisch mee???

@HmH, zoals reeds eerder gezegd: dit is een schoolvraag, maak het aub niet moeilijker dan nodig. Zeker zit er in de praktijk veel spreiding in de eigenschappen van transistors, maar de opgave zegt nu eenmaal Hfe=50. Kon het helderder??

Ware dit iets om in de praktijk uit te werken, dan ging ik graag met u mee - maar dat is het niet.

"worst case" is een concept waar de vraagsteller nog niet aan toe is, en ook niet hoeft te zijn.

@vraagsteller: ik wilde het eigenlijk liever niet weggeven, maar het is intussen toch gebeurd, dus kan ik het net zo goed even inkleuren: het gaat erom dat de lamp zo hard brandt als maar kan, dat wil dus zeggen dat de transistor helemaal in de verzadiging wordt gestuurd. Men kan dus de basisweerstand berekenen om net genoeg stroom door te laten voor de vereiste collectorstroom, en dat is vermoedelijk het idee achter de vraag. In de praktijk zal men de weerstand flink wat kleiner kiezen, om aan de veilige kant te zitten. Het kan immers nooit kwaad om wat meer basisstroom te sturen dan strikt nodig. Maar dat gaat ver voorbij aan de gestelde (zeer theoretische) vraag.

hoe beter de vraag geschreven, zoveel te meer kans op goed antwoord

Op 21 november 2020 22:27:46 schreef big_fat_mama:
@HmH, zoals reeds eerder gezegd: dit is een schoolvraag, maak het aub niet moeilijker dan nodig.

Ware dit iets om in de praktijk uit te werken, dan ging ik graag met u mee - maar dat is het niet.

"worst case" is een concept waar de vraagsteller nog niet aan toe is, en ook niet hoeft te zijn.

Niet veel moeilijker was de vraag geweest als de brandspanning van de lamp ook gegeven was, bijvoorbeeld 6 volt. Op volle sterkte is dan duidelijk dat de lamp 6 volt moet krijgen. Dan kan een scholier er goed aan rekenen. Bij 6 volt brandt de lamp dan op volle sterkte. Hij kan dan de stroom door de lamp berekenen etc.
Vsat van de transistor bijvoorbeeld komt dan in het hele verhaal niet infrage.
Dan kan de maker van de som wel zeggen: "je weet toch wat ik bedoel?" , niet dus.....

Bedankt voor de nuttige reacties. Het is inderdaad een schoolvraag waarin we net de basis elektronica hebben gehad. Ik denk dat ik inmiddels het antwoord weet namelijk:
4611,11 ohm.

De stappen:
Spanning van 9 volt door de lamp met een weerstand van 100 ohm. We kunnen hiermee door de wet van ohm de stroom meten. Dit is 9 / 100 = 0,09 A. Om de weerstand te berekenen hebben we IB nodig. Ib = IC / HFE. IC is net berekend dat is 0,09A. HFE weten we ook dit is 50. Ib wordt dan 0,09 / 50 = 0,0018 A. Om Rb te berekenen hebben doen we de spanning 9V – 0,7V vbe = 8,3. Vervolgens delen we dit door IB en dat is 8,3 / 0,0018 = 4611,11 ohm.

Ik hoor graag of ik het juist heb geantwoord.

Op 21 november 2020 22:37:30 schreef PietNel52:
Bedankt voor de nuttige reacties. Het is inderdaad een schoolvraag waarin we net de basis elektronica hebben gehad. Ik denk dat ik inmiddels het antwoord weet namelijk:
4611,11 ohm.

De stappen:
Spanning van 9 volt door de lamp met een weerstand van 100 ohm. We kunnen hiermee door de wet van ohm de stroom meten. Dit is 9 / 100 = 0,09 A. Om de weerstand te berekenen hebben we IB nodig. Ib = IC / HFE. IC is net berekend dat is 0,09A. HFE weten we ook dit is 50. Ib wordt dan 0,09 / 50 = 0,0018 A. Om Rb te berekenen hebben doen we de spanning 9V – 0,7V vbe = 8,3. Vervolgens delen we dit door IB en dat is 8,3 / 0,0018 = 4611,11 ohm.

Ik hoor graag of ik het juist heb geantwoord.

Feitelijk moet de weerstand nog iets kleiner zijn. De basisstroom komt niet ten goede aan de lamp.maar moet wel door de weerstand geleverd worden.

Het is zaterdagavond en ik ben moe dus ik ga het nu niet narekenen, zeker al niet na de komma :) Maar de manier van redeneren oftewel de logische opbouw lijkt me helemaal correct, en zal wellicht overeenstemmen met het verwachte antwoord. "Goed bezig!" zeggen we dan, hier in het morsige zuiden :)

Toch even twee ideetjes:
1/ er zit daar nog een weerstand van de basis naar massa, trekt die de zaken niet wat scheef?
2/ wat zou het effect zijn als men een iets kleinere of iets grotere weerstand toepaste dan het theoretisch berekende getal?

(enne , de opmerking hierboven is ook terecht, maar zal ook al geen groot verschil maken, in de praktijk.)
(en ook nog: welgefeliciteerd met uw zeer fraaie en correcte taal, eigenlijk vind ik dat maar normaal maar het is toch zeker niet meer algemeen vanzelfsprekend dezer dagen. Des te fijner als iemand de taal wel verzorgt!)

[Bericht gewijzigd door big_fat_mama op 21 november 2020 22:51:51 (14%)]

hoe beter de vraag geschreven, zoveel te meer kans op goed antwoord
Frederick E. Terman

Honourable Member

Nee, de opmerking klopt niet. Ic = 50 Ib, da's alles.
In de emitter loopt Ie = Ic + Ib, maar die hebben we hier niet nodig.

Als je 'moeilijk' zou willen doen, kun je nog zeggen: over de CE-overgang van de transistor valt nog een paar tienden volt, zodat de lampspanning niet 9V wordt, maar bijvoorbeeld 8,7 of zoiets.

En dan varieert de weerstand van de lamp nog met de temperatuur van de gloeidraad, dus met de spanning... maar nu wordt het langzaamaan plagen. :)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

1/ er zit daar nog een weerstand van de basis naar massa, trekt die de zaken niet wat scheef?

Helemaal waar, maar die weerstand is niet van invloed op de stroom naar de basis. Alleen de batterij moet nog iets meer leveren, 0,9mA, maar daar wordt niet naar gevraagd.
Ach ja, zaterdagavond weetjewel?

Op 21 november 2020 22:44:34 schreef big_fat_mama:
1/ er zit daar nog een weerstand van de basis naar massa, trekt die de zaken niet wat scheef?

Is hier niet van toepassing. Dit effect is meegenomen met de mededeling: "Ga hiervoor uit van een Vbe van 0,7V".

Op 21 november 2020 22:37:30 schreef PietNel52:
Ik denk dat ik inmiddels het antwoord weet namelijk:
4611,11 ohm.
...
Ik hoor graag of ik het juist heb geantwoord.

Helemaal goed. Een tien!

[Bericht gewijzigd door ohm pi op 21 november 2020 23:23:30 (28%)]

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl
High met Henk

Special Member

Perfect opgelost!

Klein dingetje dat ik off the shelf geen weerstand van 4611,11 ohm kopen.

Dus welke ga je kopen? 4k7 of 4k3? (Beperk me even tot E24 reeks)

E = MC^2, dus de magnetische compatibiliteit doet kwadratisch mee???

Je antwoord is helemaal goed.
Maar als je alles hier leest dan zijn niet alle gegevens om het helemaal correct uit te rekenen gegeven.
En een weerstand van 4611 Ohm bestaat niet
De dichts bijzijnde (standaard) weerstand is 4700 Ohm, maar daarbij zal de lamp iets mindeer stroom krijgen. Beter is een iets kleinere weerstand te kiezen.
Standaard wordt dat dan 3900 Ohm.
Goed om alle gegevens die je niet hebt te kompenseren.

Ik heb de weerstand van 10 kOhm niet gezien in je berekeningen, weet je ook hoe dat zit?

Daar waar een schakeling rookt, vloeit de meeste stroom (1e hoofdwet van Toeternietoe)

Op 21 november 2020 23:33:13 schreef High met Henk:
Perfect opgelost!

Klein dingetje dat ik off the shelf geen weerstand van 4611,11 ohm kopen.

Dus welke ga je kopen? 4k7 of 4k3? (Beperk me even tot E24 reeks)

Met een beetje geluk vind je in de rollen met 5% weerstanden de juiste waarde >:)

Inderdaad goed opgelost. Nu heb je de hFE gekregen. In de praktijk haal je die uit de datasheet en neem je de hFE min om de transistor als schakelaar te gebruiken. Zo ben je zeker dat de transistor ten alle tijde in verzadiging gaat.

wat zou het effect zijn als men een iets kleinere of iets grotere weerstand toepaste dan het theoretisch berekende getal?

De stroomversterking van een transistor zoals die in de datasheet staat wordt gemeten bij een constante spanning op de collector van bijvoorbeeld 5 V of 1V.
Een verhoging van de basisstroom heeft dan steeds een stijging van de stroom door de collector tot gevolg.

In een praktische schakeling is er echter een weerstand in de collector opgenomen.
Een verhoging van de collectorstroom heeft dus een daling van de collectorspanning tot gevolg.
Op een bepaald punt is de collectorspanning zo laag geworden dat de stroom enkel nog bepaald wordt door de weerstand (hier de lamp) en niet verder zal stijgen.