bit-transistor

[kasius]

Hallo,

Laat ik eerst een inleiding geven op mijn vragen:

Een transistor kan worden gebruikt als schakelaar en versterker.

Met een transistor kun je een 0 of 1 gebruiken(geen stroom/wel stroom).

Met deze 0 of 1 kun je programmeren.

Bij een schakelaar denk ik aan een lichtknop die je met de hand aan (1) of uit kunt zetten(0).

Mijn vragen zijn als volgt:

1 Hoe weet een transistor of hij wel of geen stroom (dus 1 of 0) moet doorlaten?

Hoe kun je dit verklaren?Komt dit door de materie?of door halfgeleiders?Want hier wordt er niet geschakeld met de hand zoals bij de lichtschakelaar.

2 Is 1 transistor gelijk aan 1 bit? Zo ja,in een byte gaan 8 bits dus kun je dan stellen dat 8bits = 1 byte= 8transistors(open/dicht, 1 of 0)=64 mogelijke verschillende combinaties?

[Michel Uphoff]

1 Hoe weet een transistor of hij wel of geen stroom (dus 1 of 0) moet doorlaten?

Dat weet de transistor niet, dat moet je hem opdragen door een (heel klein) spanninkje op de basis aan te bieden. Via de collector en emitter zal dan een (veel) grotere stroom gaan lopen. KLIK

Is 1 transistor gelijk aan 1 bit? Zo ja,in een byte gaan 8 bits dus kun je dan stellen dat 8bits = 1 byte= 8transistors(open/dicht, 1 of 0)=64 mogelijke verschillende combinaties?

Een transistor als schakelaar kan je inderdaad zien als een geheugen van 1 bit. Maar 8 transistoren (8 bits, 1 byte) kennen 2⁸ schakel mogelijkheden, dus 256 combinaties.

[kasius]

Hoi Michel,

Bedankt voor je reactie.

Dus als ik het goed begrijp kun je door een klein spanninkje alle spanningsoorten die erboven liggen regelen,dus dan gebruik je de transistor als versterker.

Dat weet de transistor niet, dat moet je hem opdragen...

Ok,maar de spanning komt bijv. uit een batterij van een bepaalde hoeveelheid spanning.Hoe is dan de interactie tussen de spanningsbron en de transistor?

[dannypje]

Dat is nu juist het verschil tussen de transistor als schakelaar en als versterker. Stel dat je transistor 200 keer versterkt, en dat je batterij 6V geeft of zo.

Stel dat je aan je basis een spanning van 0,01V aanlegt, dan gaat de transistor dit versterken tot 2V. Zo zou je dus een geluidssignaal (bvb. een sinustoon van 1kHz) met een top waarde van 0,01V kunnen gaan versterken naar een signaal met topwaarde 2V.

Maar stel dat je nu aan diezelfde transistor een spanning van 1V aan basis legt. Dan gaat die dat willen versterken naar 200V, maar dat kan natuurlijk niet, want je voedt maar met een batterij van 6V. Op dat moment 'loopt de transistor vast tegen de voedingsspanning' zoals men dat uitdrukt, en geeft de transistor de volle 6V als uitgang, wat dan weer overeenkomt met schakelgedrag.

PS: om de transistor als versterker te gebruiken moet je hem ook 'instellen'. Daarbij wordt aan de basis reeds een 'voorspanning' gelegd, zodanig dat de uitgang bvb. op 3V komt te staan. Leg je dan een wisselspanning bij aan op die basis, zoals de sinus in bovenstaand voorbeeld, dan kan de uitgang van de transistor 2V omhoog en 2V omlaag (voor de 'negatieve' helft van de sinusingang). De transistor versterkt het signaal dan naar een signaal tussen 5V (3V+2V) en 1V (3V-2V).

Hoop dat dit de zaken een beetje verduidelijkt.

[dannypje]

Maar om concreet op je eerste vraag te antwoorden. Het schakelen of versterken bij een transistor gebeurt inderdaad door de materie, die goed gekozen werd in de vorm van halfgeleiders. Daarbij worden bepaalde niveau's verlaagd als er electronen de basis ingestuurd worden, zodat er (meer) electronen kunnen vloeien tussen emittor en collector van de transistor.

Om eea. beter in te zien, kan je ook s kijken naar een watermodel van een transistor: http://www.satcure-focus.com/tutor/page4.htm

[kasius]

Hoi dannypje,

bedankt,je hebt het heel erg duidelijk uitgelegd

Maar ik heb nog 1 verduidelijking:

.

Maar stel dat je nu aan diezelfde transistor een spanning van 1V aan basis legt. Dan gaat die dat willen versterken naar 200V, maar dat kan natuurlijk niet, want je voedt maar met een batterij van 6V. Op dat moment 'loopt de transistor vast tegen de voedingsspanning' zoals men dat uitdrukt, en geeft de transistor de volle 6V als uitgang, wat dan weer overeenkomt met schakelgedrag.

Dus die 1V wordt vermenigvuldigd met 200x dus je krijgt dan 200V,maar zoals je al zegt is de batterij 6V.

dus die 1V wordt feitelijk 6x vermenigvuldigd tot 6V,wat gebeurt dan met de overige 194x?

En wordt voor programmeren in bits het schakelen of versterken gebruikt?

Dannypje

Ik heb je link gelezen en zoals de schrijver van de tutorial in het beginstuk schrijft,dat heb ik ook zo ervaren,namelijk dat er veel artikelen worden geschreven over de transistor maar dat ze allemaal vrij gecompliceerd zijn.

[dannypje]

Hoi dannypje,

bedankt,je hebt het heel erg duidelijk uitgelegd

Maar ik heb nog 1 verduidelijking:

Dus die 1V wordt vermenigvuldigd met 200x dus je krijgt dan 200V,maar zoals je al zegt is de batterij 6V.

dus die 1V wordt feitelijk 6x vermenigvuldigd tot 6V,wat gebeurt dan met de overige 194x?

En wordt voor programmeren in bits het schakelen of versterken gebruikt?

Dannypje

Ik heb je link gelezen en zoals de schrijver van de tutorial in het beginstuk schrijft,dat heb ik ook zo ervaren,namelijk dat er veel artikelen worden geschreven over de transistor maar dat ze allemaal vrij gecompliceerd zijn.

Die andere 194V zijn er gewoon niet he. Als je de voedingsspanning zou verhogen tot bvb 12V, zou je transistor versterken tot 12V. Het is alsof je je waterkraan helemaal opendraait. Ook dan krijg je niet de niagara-waterval te zien, omdat er simpelweg niet zo veel water aan je kraan wordt aangeboden he. Maar de transistor staat dus wel volledig 'open' om stroom door te laten, net zoals een gesloten schakelaar stroom doorlaat (maar ook weer maar zoveel als de verbruiker die eraan hangt nodig heeft he).

Voor programmeren wordt het schakelgedrag van de transistor gebruikt. We willen immers schakelen tussen 0 en 1 (zijnde 0V of de maximale voedingsspanning, in logische schakelingen meestal 5V).

De werking van een transistor, zeker als je op electron niveau gaat kijken, vind ik ook complex. Daarom bekijk ik de transistor op een 'macro-niveau', door hem te bekijken als een stroomgestuurde weerstand: hoe meer stroom je in de basis stuurt, hoe lager de weerstand tussen emittor en collector. Die aanpak verklaart zowel het schakelgedrag (je overspoelt de basis gewoon met zoveel stroom dat de emittor collector overgang het maximum aan stroom doorlaat, of je stuurt de basis wat voorzichtiger aan en daardoor volgt de stroom tussen emittor en collector mooi, en ben je dus aan versterken.

Wat betreft die versterking die zakt van 200 naar 6. Dat komt omdat je zogezegd buiten het werkingsgebied van de transistor werkt. Inderdaad zal die 1V basisspanning een zo grote emittor/collectorstroom veroorzaakt dat het verband tussen basisstroom en emittor/collectorstroom niet meer mooi lineair verloopt, zoals in het versterkings(werkings)gebied van de transistor. Maw. als we de tranistor als schakelaar gebruiken, forceren we hem eigenlijk.

[kasius]

Nog terugkomend op de materie:

Kun je stellen dat zonder halfgeleiders je niet kunt schakelen in 1 of 0??

En dus niet kunt programmeren?

[dannypje]

Ik denk niet dat je dat zo cru kunt stellen. Je kan ook programmeren en schakelen met relais zou ik denken. En vroeger gebruikte men magnetische geheugens.

Maar halfgeleiders zijn wel uitermate geschikt, omdat ze in principe electrisch niet geleidend zijn tot je ze gaat 'doperen' (vervuilen) met elementen die ofwel een tekort of een teveel aan electronen hebt, en waardoor je dus p of n silicium, germanium enz verkrijgt.

[kasius]

Hier heb ik de afbeelding uit de link die je me hebt gegeven.

Ik heb het plaatje aandachtig bestudeerd,maar kun je uitleggen wat dat zwarte streepje bij C is?

[dannypje]

Dat zwarte streepje is de zuiger die normaal de verbinding tussen C en E afsluit. Door de kleine stroom in B, gaat die omhoog, en kan er water stromen van C naar E, net zoals in een transistor dus door een kleine stroom in B, een grotere stroom kan beginnen lopen van collector naar emitter.

Je ziet ook dat de kleine stroom die je in B stuurt, uiteindelijk samen met de grote stroom vanuit C in E terecht komt, net zoals in een echte transistor. Men zegt wel dat in een transistor de Collector stroom gelijk is aan de emittor-stroom, maar ook bij een transistor is dat niet helemaal juist. De emittorstroom is de collectorstroom plus de basistroom, maar omdat de basisstroom zo klein is, kan je hem verwaarlozen en zeggen dat collectorstroom gelijk is aan emittorstroom.

[kasius]

Dus die zuiger is ontzettend klein( x nanometers)maar ontzettend belangrijk.!!

[klazon]

Die zuiger is maar een manier om uit te beelden wat er in de transistor gebeurt.

In werkelijkheid zit er geen zuiger in een transistor.

[dannypje]

Zoals klazon zei. De tekening is maar een model. In realiteit gebeurt het 'openen van de zuiger' door het verlagen van spanningsbarrieres zodat electronen er makkelijker 'over' kunnen (en zelfs dat is maar een voorstelling die ik zelf ook niet helemaal snap hoor).

[klazon]

Voor het praktisch toepassen van een transistor hoef je ook niet te snappen wat er binnenin gebeurt. Het is voldoende om te onthouden wat de uitwendige verschijnselen zijn;

-er bestaat een min of meer vaste relatie tussen de basisstroom en de collecorstroom.

-de spanning op de basis t.o.v. de emitter is min of meer stabiel rond de 0,6V (bij silicium)

-de relatie tussen basisstroom en collectorstroom is gebonden aan limieten. Op een bepaald moment stijgt de collectorstroom niet meer, omdat de voeding niet meer stroom kan leveren, of omdat de weerstand in het collectorcircuit een verdere stroomstijging verhindert.

-als je een overmaat aan basisstroom toevoert, dus meer dan nodig is om de collectorstroom aan de limiet te krijgen, dan raakt de transistor z.g. in verzadiging en is de spanning tussen collector en emitter ongeveer 0,2V (dat is merkwaardigerwijs dus minder dan de spanning tussen basis en emitter)