Elektronik am RBG - Bauteilinformationen

npn Transistor

Der Transistor wird als Schalter oder als Verstärker benutzt. Der Transistor besteht aus drei Schichten Halbleitermaterial. 

Hat er die Schichtenfolge n-leitendes Material-p-leitendes Material-n-leitendes Material, so spricht man von einem npn-Transistor

Ist die Schichtenfolge p-n-p, so spricht man von einem pnp-Transistor.

Im Kurs werden fast ausschließlich npn-Transistoren verwendet.

 Ein Transistor hat drei Anschlüsse Basis B, Emitter E und Kollektor C

Unten : Verschiedene Bauformen von Transistoren

Schaltbild : 

 

npn-Transistor als Schalter 
  • ist die Basis mit minus verbunden oder nicht beschaltet, so sperrt der Transistor (Die Strecke Emitter-Kollektor wirkt wie ein geöffneter Schalter, die Lampe leuchtet nicht)
  • ist die Basis an + angeschlossen, so schaltet der Transistor durch (Die Strecke Emitter-Kollektor wirkt wie ein geschlossener Schalter, die Lampe leuchtet )

Dieses einfache Modell reicht oft aus, um die Wirkungsweise einfacher Transistorschaltungen zu verstehen.

Bei welcher Spannung schaltet der Transistor ?

Mit einem Potentiometer wird eine einstellbare Spannung an die Basis gelegt. Es wird die Spannung zwischen Basis und Emitter gemessen.

Ergebnis : Die Schaltschwelle liegt bei etwa 0,7 V.

 Ist die Basis-Emitter Spannung unter 0,7 V, so sperrt der Transistor, ist sie über 0,7 V, so schaltet die Emitter-Kollektor-Strecke durch.

Die Basis - Emitterstrecke ist ein pn-Übergang, ähnlich der einer Diode. Deshalb muss diese Strecke auch vor zu großen Strömen geschützt werden. Auch ein Transistor, der auf der Strecke E-C mehrere Ampere Stromstärke verträgt, ist auf der Basis-Emitter-Strecke verletzlich.

Die Transistoren unseres Stecksystems haben deshalb einen Schutzwiderstand vor der Basis.
Bild 2 rechts : Die Basis - Emitterspannung hat die Schaltschwelle mit 0,79 V knapp überschritten  - der Transistor schaltet halb durch - die Lampe leuchtet schwach.

Bild 1 oben : Die Basis - Emitterspannung ist mit 0,6 V noch unterhalb der Schaltschwelle - der Transistor sperrt - die Lampe ist aus.

 

Bild 3 : Die Basis - Emitterspannung ist mit 2,5 V deutlich oberhalb der Schaltschwelle - der Transistor schaltet durch - die Lampe brennt hell

Transistor - Testschaltung 

Die Schaltung rechts kann zum Test von npn - Transistoren benutzt werden. Eine Leuchtdiode leuchtet schon schwach, wenn nur wenige mA Stromstärke fließen. Wir überbrücken die Basis - Pluspol - Strecke mit den Fingern. Es fließt ein winziger Strom durch die Hand ( wenige Mükroampere). Dieser reicht aus, um den Transistor durchzuschalten, die LED leuchtet schwach. 

Macht man die Finger nass, so leuchtet die LED heller.

Dies ist ein Hinweis darauf, dass der Kollektorstrom von der Stärke des Basisstroms abhängt. 

Ersetzt man die LED durch ein Lämpchen, so leuchte dieses nicht, da die Basisstromstärke wegen des großen Widerstands der Hand zu gering ist und damit auch die Kollektorstromstärke nicht ausreicht, um den Glühdraht des Lämpchens zum Leuchten zu bringen. (Die Basisstromstärke ist hier nur wenige Mükroampere groß)

Stromverstärkung

Mit nebenstehender Schaltung kann man den Stromverstärkungsfaktor eines Transistors messen. 

Ein Basis-Strom der Stärke 1 mA steuert den Kollektorstrom mit der Stärke 150 mA

Der Stromverstärkungsfaktor ist in diesem Fall etwa 150

Reichen die oben beschriebenen Erklärungsmuster (Modelle) nicht aus, um die Funktionsweise einer Schaltung zu erklären, so hilft oft die Betrachtung der Stromverstärkung weiter.

Darlington-Schaltung

Reicht die Stromverstärkung eines Transistors nicht aus, um zum Beispiel ein Lämpchen zum Leuchten zu bringen, so hilft die Darlington Schaltung weiter. Beim Berühren schaltet nun die C-E-Strecke des Transistors 2 durch und die Lampe leuchtet. 

Dies ist das Prinzip einer Sensortaste, die an viele Elektrogeräten angebracht ist. Eine Berührung löst den Schaltvorgang aus.

Weitere Infos:

Wikipedia Transistor

Simulation mit Yenka

Transistor-Test

Darlington Schaltung

Beim Herunterladen der Simulationen werden die Dateien bei einigen Rechnern als ZIP - Dateien gespeichert. Wenn Sie wieder die Endung .yka anbringen, wird die Datei von Yenka wieder richtig erkannt.


 


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