9.2 KiB
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Bipolarer Transistor
[picture:864:a_bauelemente_bipolartransistor:Schaltbild eines npn- und pnp-Bipolartransistors mit Kollektor (C), Basis (B) und Emitter (E)]
- Drei Halbleiterzonen
- Abwechselnd n- und p-dotiert
- npn-Transistor und pnp-Transistor
[question:AC503]
[question:AC504]
Stromsteuerung und Faktor
- Basis-Emitter-Spannung
U_{\textrm{BE}}steuert KollektorstromI_{\textrm{C}}exponentiell - Beim Bipolartransistor fließt immer ein exponentiell von
U_{\textrm{BE}}abhängiger BasisstromI_{\textrm{B}} - Faktor
Bist der Stromverstärkungsfaktor des Transistors - Liegt bei ca. 20 bis 500
- Signifikanter Kollektorstrom fließt
- Basis-Emitter-Diode in Durchlassrichtung
- Kollektor-Basis-Diode sperrt, damit keine Ladungsträger aus dem Kollektor in die Basis gelangen
[question:AC505]
[question:AC515]
Lösungsweg
- Die Größe von
R_1stellt den BasisstromI_Bein I_Bist um 298 kleiner alsI_C- Für die Spannung an
R_1muss der Transistorverlust abgezogen werden
- gegeben:
U = \qty{12}{\volt} - gegeben:
I_{\textrm{C}} = \qty{5}{\milli\ampere} - gegeben:
B = 298 - gegeben:
U_{\textrm{BE}} = \qty{0,6}{\volt} - gesucht:
R_1
[question:AC516]
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Lösungsweg
* gegeben: $U = \qty{10}{\volt}$ * gegeben: $I_{\textrm{C}} = \qty{2}{\milli\ampere}$ * gegeben: $B = 200$ * gegeben: $U_{\textrm{R2}} = \qty{0,6}{\volt}$ * gegeben: $I_{\textrm{R2}} = 10 \cdot I_{\textrm{B}}$ * gesucht: $R_1$ $B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}} \Rightarrow I_{\textrm{B}} = \frac{I_{\textrm{C}}}{B} = \frac{\qty{2}{\milli\ampere}}{200} = \qty{10}{\micro\ampere}$ $U_{\textrm{R1}} = U - U_{\textrm{R2}} = \qty{10}{\volt} - \qty{0,6}{\volt} = \qty{9,4}{\volt}$ $I_{\textrm{R1}} = I_{\textrm{B}} + I_{\textrm{R2}} = I_{\textrm{B}} + 10 \cdot I_{\textrm{B}} = \qty{110}{\micro\ampere}$ $R_1 = \frac{U_{\textrm{R1}}}{I_{\textrm{R1}}} = \frac{\qty{9,4}{\volt}}{\qty{110}{\micro\ampere}} \approx \qty{85,5}{\kilo\ohm}$[question:AC517]
Lösungsweg
U_{\textrm{R2}}ist gleich groß wieU_{\textrm{BE}} + U_{\textrm{RE}}- Kollektorstrom wird vor allem durch
R_{\textrm{E}}festgelegt - Sehr stabile Schaltung
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- gegeben:
U = \qty{10}{\volt} - gegeben:
I_{\textrm{C}} = \qty{2}{\milli\ampere} - gegeben:
B = 200 - gegeben:
U_{\textrm{BE}} = \qty{0,6}{\volt} - gegeben:
U_{\textrm{RE}} = \qty{1}{\volt} - gegeben:
I_{\textrm{R2}} = 10 \cdot I_{\textrm{B}} - gesucht:
R_1
[question:AC519]
Lösungsweg
- Kein Strom durch
R_1 \rightarrowkeine Spannung überR_2 - Basis liegt auf Massepotential
\rightarrowTransistor ist stromlos - Kein Spannungsabfall an
R_{\textrm{C}} \rightarrowKollektorpotential steigt auf Betriebsspannung
[question:AC520]
Lösungsweg
R_2ist stromlos\rightarrowBasis ist überR_1ist mit der Betriebsspannung verbunden- Aufgrund der Dimensionierung ist der Basisstrom nun 11-fach höher als geplant
- Kollektorstrom wird stark ansteigen
\rightarrowSpannungsabfall anR_{\textrm{C}}steigt stark U_{\textrm{CE}}sinkt auf den Sättigungswert von ca.\qty{0,1}{\volt}
Feldeffekttransistor (FET)
[picture:271:a_bauelemente_fet:Schaltbilder für Feldeffekttransistoren]
- Anderer Aufbau
- Es besteht ein Halbleiterkanal
- Der Stromfluss wird über ein elektrisches Feld gesteuert
- Dadurch spannungsgesteuert
- Source Quelle für die Ladungsträger im Kanal
- Drain Abfluss der Ladungsträger im Kanal
- Gate steuert den Fluss der Ladungsträger im Kanal
[question:AC513]
[question:AC512]
[question:AC514]
Besser wäre: steuert den Kanalstrom statt Widerstand, da dieses Widerstand-Verhalten nur bei kleinen Drain-Source-Spannungen auftritt --- ### Bauarten FET- selbstleitend: Ohne Gate-Source-Spannung ist der FET leitend
- selbstsperrend: Ohne Gate-Source-Spannung ist der FET sperrend
- n-Kanal-FET: Strom im Kanal wird von Elektronen getragen
- p-Kanal-FET: Strom im Kanal wird von Löchern getragen
- Sperrschicht-FET: Gate ist eine Diode
- Isolierschicht-FET: Gate ist eine Kondensator-Struktur (z.B. MOSFET)
[question:AC507]
[question:AC508]
[question:AC509]
[question:AC510]
[question:AC511]
[question:AC521]
Lösungsweg
* gegeben: $U_{\textrm{B}} = \qty{44}{\volt}$ * gegeben: $R_1 = \qty{10}{\kilo\ohm}$ * gegeben: $R_2 = \qty{1}{\kilo\ohm}$ * gegeben: $R_3 = \qty{2,2}{\kilo\ohm}$ * gesucht: $U_{\textrm{GS}}$ * Ansatz: Unbelasteter Spannungsteiler über $R_1$ und $R_2$, mit $U_{\textrm{GS}} = U_{\textrm{R2}}$ $\begin{split} \frac{U_{\textrm{R2}}}{U_{\textrm{B}}} &= \frac{R_2}{R_1+R_2}\\ \Rightarrow U_{\textrm{R2}} &= \frac{R_2}{R_1+R_2} \cdot U_{\textrm{B}}\\ &= \frac{\qty{1}{\kilo\ohm}}{\qty{10}{\kilo\ohm}+\qty{1}{\kilo\ohm}} \cdot \qty{44}{\volt}\\ &= \frac{1}{11} \cdot \qty{44}{\volt} = \qty{4}{\volt} \end{split}$[question:AC522]
Lösungsweg
* gegeben: $U_{\textrm{B}} = \qty{44}{\volt}$ * gegeben: $R_1 = \qty{10}{\kilo\ohm}$ * gegeben: $R_3 = \qty{2,2}{\kilo\ohm}$ * gegeben: $U_{\textrm{GS}} = U_{\textrm{R2}} = \qty{2,8}{\volt}$ * gegeben: $U_{\textrm{B}} = U_{\textrm{R1}} + U_{\textrm{R2}}$ * gesucht: $R_2$ $\begin{split} \frac{U_{\textrm{R1}}}{U_{\textrm{R2}}} &= \frac{R_1}{R_2}\\ \Rightarrow R_2 &= R_1 \cdot \frac{U_{\textrm{R2}}}{U_{\textrm{R1}}}\\ &= R_1 \cdot \frac{U_{\textrm{R2}}}{U_{\textrm{B}}-U_{\textrm{GS}}}\\ &= \qty{10}{\kilo\ohm} \cdot \frac{\qty{2,8}{\volt}}{\qty{44}{\volt}-\qty{2,8}{\volt}}\\ &\approx \qty{680}{\ohm} \end{split}$ --- [question:AC523] --- #### Lösungsweg- gegeben:
R_{\textrm{DSon}} = \qty{4}{\milli\ohm} - gegeben:
I = \qty{25}{\ampere} - gesucht:
P
Freilaufdiode
- Relais wird über einen in Serie geschalteten Bipolartransistor betrieben
- Transistor schaltet ein
\rightarrowStrom fließt durch die Relaisspule - Transistor schaltet ab
\rightarrowStrom in der Spule induziert negative Spannung am Transistor - Kann zur Zerstörung des Transistors führen
- Verhindern: Freilaufdiode parallel zum Relais in Sperrichtung verbauen
- Induktionsspannung wird auf Diodenspannung begrenzt
[question:AC524]