Versuch EP4 Der Transistor

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1 BERGISCHE UNIVERSITÄT WUPPERTAL FACHBEREICH C - PHYSIK ELEKTRONIKPRAKTIKUM Versuch EP4 Der Trasistor Versio 2.14, TEX: 3. Februar 2014 I. Zielsetzug des Versuches Trasistore sid die zetrale Verstärkerelemete der Halbleitertechik. I diesem Versuch lere Sie zuächst ählich wie beim Versuch mit de Diode die elektrische Eigeschafte durch Aufahme vo Keliie kee. Im zweite Versuchsteil baue Sie verschiedee Schaltuge auf, um Sauge oder Ströme zu verstärke. Sie lere ebe dem sogeate Biolartrasistor (NPN oder PNP) auch de Feldeffekttrasistor (FET) kee, baue Schaltuge zur Wechselsaugs-Verstärkug ud Gleichsaugs-Stabilisierug auf ud köe we och Zeit ist Sigale vo Sesore mit Trasistore weiterverarbeite. II. Vorketisse 1. allgemeie Vorketisse - ud -dotierte Halbleiter, --Grezschicht, Fuktiosweise eier Halbleiterdiode 2. sezielle Vorketisse Aufbau eies Trasistors, Fuktiosweise (Trasistoreffekt), Trasistortye (,, JFET, MOSFET), Eigagskeliie ud Ausgagskeliie, Verstärkug, Grudschaltuge. Literatur: R.MÜLLER: Grudlage der Halbleiter-Elektroik R.MÜLLER: Bauelemete der Halbleiter-Elektroik W.WALCHER: Praktikum der Physik GÄRTNER: Eiführug i die Physik des Trasistors M.REISCH: Elektroische Bauelemete BAYLEY: Itroductio to semicoductor devices MALMSTADT, ENKE: Electroics for scietists C.F.G.DELANEY: Electroics For The Physicists HERING, BRESSLER, GUTEKUNST: Elektroik für Igeieure ud Naturwisseschaftler TIETZE, SCHENK: Halbleiter-Schaltugstechik 1

2 III. Theorie zum Versuch Die hysikalische Grudlage vo Halbleiterdiode ud Halbleitertrasistor sollte Ihe aus frühere Versuche, der Vorlesug ud de Lehrbücher bekat sei. Wir beschräke us im folgede auf die Theorie, die für die Versuchsdurchführug wichtig ist. Dabei wolle wir de Trasistor aus der Sicht des Elektroikers betrachte. 1. Trasistortye 1.1. Aufbau eies -Trasistors, Keliie Der gewöhliche (sogeate biolare) Trasistor besteht aus drei dotierte Halbleiterschichte. Beim -Trasistor liegt eie zetrale -Schicht zwische zwei -Schichte. Zeichet ma diese Schichte so, wie sie i der Schaltug eigesetzt werde, so wird die utere -Schicht als Emitter (E) bezeichet, die mittlere ist die Basis (B) ud die obere der Kollektor. C B E Abbildug 1: -Schicht Betrachte wir zuächst ur de Übergag zwische der mittlere - ud der utere -Schicht, also zwische Basis ud Emitter. Wir köe dieses System mit eier Halbleiterdiode vergleiche. Abbildug 2: Vergleich: Trasistor Diode Lege wir vo Basis ach Emitter eie ositive Saug U BE a, so ist dieser -Übergag i Durchlassrichtug geschaltet. Es fließt ei Strom, de wir beim Trasistor Basisstrom ee. 2

3 Wie bei der Diode deute wir die Durchlassrichtug durch eie Pfeil a, der beim Trasistor auf der Emitterliie gezeichet wird. I B I B B C E U BE U BE Abbildug 3: Trasistor mit ositiver Basis-Emitter-Saug; Schema (liks) ud Schaltsymbol (rechts) Eie egative Saug bedeutet wie bei der Diode Serrichtug, es fließt kei Strom. I = 0 Abbildug 4: Bei egativer Basis-Emitter-Saug fließt wie bei eier i Serrrichtug betriebee Diode kei Strom. Wie bei der Diode ist der Zusammehag zwische Strom ud Saug exoetiell. Ab ca. 0, 6 V begit (beim --Übergag i Silizium) ei eeswerter Strom zu fließe, der sehr schell große Werte aehme ka ud de Halbleiterkristall zerstöre ka. Der Zusammehag ist außerdem vo der Temeratur abhägig. Daher muss im Basisstromkreis immer ei (Vor-)widerstad sei, der de Strom begrezt. I B R V B C U BE E Abbildug 5: Basis-Emitter-Schaltug mit Vorwiderstad Stellt ma de Zusammehag grahisch dar, so erhält ma die Eigagskeliie I B = f(u BE ) des Trasistors. 3

4 I B U BE Abbildug 6: Eigagskeliie beim Trasistor Betrachte wir u die Verbidug zwische Kollektor ud Emitter. Zuächst soll a der Basis ichts ageschlosse sei. Vo Kollektor ach Emitter liege eie ositive Saug U CE a. U CE C B I = 0 U CE E C B E U CE Abbildug 7: U CE am Trasistor Es fließt kei Strom. Zwar sieht die Basis höheres Potetial als der Emitter, d.h. die BE- Grezschicht wäre i Durchlassrichtug betriebe. jedoch ist der Kollektor auf höherem Potetial als die Basis, sodass der CB-Übergag i Serrichtug geschaltet ist. Es ka also kei Strom fließe. Mache Sie sich das durch Vergleich mit der eifache Diode klar. Was geschieht u, we zusätzlich eie ositive Saug U BE agelegt wird? Da wird die BE-Grezschicht i Durchlassrichtug betriebe ud es fließt ei Basisstrom: Elektroe wader vom Miusol am Emitter zur Basis. I C I B U BE I CB0 I BE I CE U CE U BE I C I B U CE B I E C E I E Abbildug 8: Trasistorschaltug Das Besodere beim Trasistor ist u, dass desse drei Schichte uterschiedlich dick ud uterschiedlich stark dotiert sid. Die Basisschicht ist sehr dü ud ur schwach dotiert. Der 4

5 Großteil der vom Emitter kommede Elektroe rekombiiert daher icht i der Basis, soder diffudiert i die CE-Grezschicht. Dort sehe die Elektroe da die ositive Saug am Kollektor ud gelage i der Mehrzahl zum Kollektoraschluss. Es fließt ei großer Kollektorstrom. Mit eier Saug U CE komme daher (bei gleicher U BE ) weiger Elektroe a der Basis a, als ohe U CE. Die Eigagskeliie wadert daher mit U CE ach ute. I eier adere Betrachtugsweise ka ma sage: ma braucht da eie höhere Basissaug U BE für de gleichgroße Basistrom I B, d.h. die Keliie wadert ach rechts. I B U CE = 0 U CE > 0 U BE Abbildug 9: Eigagskeliie beim Trasistor; für höhere U CE wader die Keliie ach rechts. Komme wir zurück zum Kollektorstrom. Er ist icht beliebig groß, soder hat eie maximale Wert, der vom Basistrom abhägt. Je größer der Basisstrom, desto höher ist auch der Maximalwert (ma sricht vo Sättigugsstrom). Für U CE = 0 fließt atürlich kei Kollektorstrom. Trägt ma de Zusammehag zwische Kollektorsaug U CE ud Kollektorstrom I C grahisch auf, so erhält ma eie Ausgagskeliie. Die vo I B abhägig verschiedee Keliie werde zu eiem Ausgagskeliiefeld zusammegefaßt. I C /[ ma] I B = 0, 15 ma I B = 0, 15 ma I B = 0, 1 ma I B = 0, 05 ma U CE /[V ] Abbildug 10: Ausgagskeliie eies Trasistors für uterschiedliche I B Der Zusammehag zwische I B ud dem Sättigugsstrom I C ist i gewisse Greze liear 1, sodass ma eie Verstärkugsfaktor β defiiere ka: I C = βi B Bei eiem -Trasistor ist die Fuktiosweise gleich, wege der getauschte - ud -Gebiete müsse ur ebefalls alle Sauge getauscht werde. Basis ud Kollektor des -Trasistors 1 Beim im Versuch verwedete Ty BC550B oder BC547B ist β etwa 200 bis 500, das gilt aber ur für kleie I C, z.b. i der Größeordug vo 10 ma. Das Dateblatt defiiert β für eie Strom I C vo ur 2 ma. Bei große Ströme (I C bei 100 ma) ist β deutlich kleier! 5

6 werde also a egative Saug (bezoge auf de Emitter) gelegt. Die umgekehrte Durchlassrichtug des BE-Übergags wird etsreched durch eie Pfeil i Richtug der Basis symbolisiert. C B B C E E Abbildug 11: -Trasistor: Schema (liks), Schaltsymbol (rechts) 1.2. Aufbau eies JFET-Trasistors, Keliie Es gibt weitere Bauforme vo Trasistore. Währed beim obe geschriebee Biolartrasistor der -Übergag a der BE-Stecke zur Steuerug diet, wird beim Feldeffekttrasistor (kurz: FET) die Stromstärke über ei elektrisches Feld gesteuert. Die Fuktiosweise ist wie folgt: Betrachte wir zuächst ei Stück -dotiertes Material. Sie wisse, dass die dotierte Halbleiter eie hohe Leitfähigkeit besitze. Lege wir a de obere ud utere Kotakt eie Saug a (die Polarität ist zuächst egal), so wird ei Strom fließe. Wir köe das zuächst mit eiem Widerstad vergleiche. R Abbildug 12: Eie eifache -Schicht wirkt grudleged als OHMscher Widerstad. Dara ädert sich zuächst ichts wesetliches, we wir liks ud rechts zwei -Gebiete abrige, diese zwar miteiader verbide, aber och icht a eie Saug aschließe. I 0 Abbildug 13: -Kaal JFET 6

7 Was assiert aber, we a die beide -Gebiete eie egative Saug (bezoge auf de S- Kotakt) alegt wird? Da habe wir die gleiche Situatio wie bei eier Diode i Serrichtug. Es baut sich ei Raumladugsgebiet auf, welches mehr ud mehr eie Stromfluß durch das zetrale -Gebiet behidert. Folglich immt der Strom ab, we die Saug zuehmed egativ wird. D I 0 G S Abbildug 14: -Kaal JFET mit egativer Gatesaug Offebar läßt sich jetzt die Stromstärke steuer durch eie Saug. Der Saugsaschluß wirkt wie ei Tor ud wird daher Gate (G) geat. Der Elektroestrom fließt ute vo der Quelle [egl. Source (S)] zur Seke [egl. Drai (D)]. Im Schaltbild wird dieser -Übergag wie beim Biolartrasistor mit eiem Pfeil gekezeichet. Bei userem -Kaal-Ty zeigt er is Gate hiei, bei eiem -Kaal-Ty zeigt er heraus. D D G G S S Abbildug 15: Schaltsymbol eies -Kaal-JFET (liks), bzw. eies -Kaal-JFET (rechts) Beachte Sie de Uterschied zum Biolartrasistor! Beim FET wird der -Übergag i Serr-Richtug betriebe. Der Gatestrom ist daher ur der wizige Serrstrom. I D /[ ma] 2 1 U GS /[ V] Abbildug 16: Keliie eies -JFET Die gerade gezeigte Bauform eies FET hat eie -Übergag, also eie elektrische Verbidug (egl. juctio) ud wird daher J-FET geat. Geaugeomme uterscheidet ma zwische -Kaal-JFET ud -Kaal-JFET, wie obe erwäht. 7

8 1.3. Aufbau eies MOSFET-Trasistors Der Feldeffekt lässt sich aber auch erreiche, we das Gate durch eie extrem düe Isolatiosschicht (z.b. aus Siliziumoxid) vom - oder -Kaal getret wird. Jetzt ka ahezu kei Strom mehr über das Gate fließe, das Gate ist extrem hochohmig (bis zu Ω). Ma sricht vo isolated gate FET, IG-FET oder da es sich um eie Metallschicht (M) auf dem Oxid (O) über eiem Halbleiter (Semicoductor S) hadelt vom MOS-FET. Metallgate S (Source) G (Gate) D (Drai) SiO 2 Abbildug 17: Schematische Darstellug eies MOSFET Legt ma zwische Gate (G) ud Source (S) eie Saug (beim dargestellte N-MOSFET Plusol a G ud Miusol a S), so bildet sich ei elektrisches Feld aus, das die Kozetratio der Ladugsträger ud damit die Leitfähigkeit zwische S ud D verädert. Diese MOS-FETs sid das zetrale Bauteil der modere Digitalelektroik ud lasse sich zu Milliarde i itegrierte Schaltuge wie Mikrorozessore ud Seicherbausteie itegriere. Als eizeles (diskretes) Bauteil sid sie jedoch schwer zu hadhabe, weil die ur weige Naometer düe Oxidschicht des Gates extrem emfidlich ist 2. Die im Alltag überall auftretede elektrostatische Aufladuge köe de Gateübergag auf mehrere Taused Volt auflade, ud die damit verbudee Feldstärke zerstört sofort die Isolatiosschicht. Für eie ormale Praktikumsarbeitslatz sid sie daher kaum geeiget. 2 I de itegrierte Schaltuge sid daher zusätzliche Schutzschaltuge vorhade. Izwische sid auch eizele MOS-FETs mit solche Schutzschaltuge erhältlich 8

9 2. Schaltugstechik 2.1. Grudschaltug zur Saugsverstärkug Betrachte wir eie -Trasistor, desse Kollektor über eie Widerstad R C (im Schaltla R4) a eie Gleichssaugsquelle U 0 ageschlosse ist. Damit ei Kollektorstrom I C fließt, müsse wir eie Basisstrom I B habe. Er wird bekatlich vo der Saug U BE hervorgerufe, die wir i de folgede Schaltuge vo derselbe Gleichsaugsquelle beziehe, ud zwar über eie eistellbare Saugsteiler. Für de Kollektorstrom gilt bekatlich: I C = βi B. Über dem Kollektorwiderstad fällt eie Saug ab: U R4 = R 4 I C ud es bleibt als Kollektorsaug: U CE = U 0 U R4 = U 0 R 4 I C = U 0 R 4 βi B Wir wolle R 3 im Verhältis zu R 2 so eistelle, dass der Kollektorstrom über R 4 gerade eie Saugsabfall U 0 /2 verursacht, d.h. dass auch U CE = U CE0 = U 0 /2. Diese Zustad bezeiche wir als Arbeitsukt. De Basisstrom im Arbeitsukt ee wir I B0. Wir gehe u über eie weitere Widerstad R 1 a de Saugsteiler a der Basis ud ehme a, dass a R 1 eie Saug U 1 liege, die um eie kleie Betrag (eiige 10 Millivolt) um die Basissaug schwakt. 9

10 Aufgrud der Eigagscharakteristik der Basis (siehe Keliie) führt das vor allem zu eier Äderug des Basisstroms, währed U BE0 raktisch kostat bleibt. Wir köe daher für de Basisstrom schreibe: I B = I B0 U 1 U BE0 R 1 oder mit U e = U 1 U BE0 : I B = I B0 U e R 1 Für die Ausgagssaug am Kollektor folgt daraus: U CE0 = U 0 R 4 βi ( B = U 0 R 4 β I B0 U ) e R 1 = (U 0 R 4 βi B0 ) R 4 β U e R 1 Die Ausgagssaug schwakt also um de Wert R 4 β Ue R 1, d.h. die Eigagssaugsäderug wird um de Faktor β R 4 R 1 verstärkt. I der Praxis hat oder braucht ma am Eigag ud Ausgag Wechselsauge, die symmetrisch um die Nulliie schwige. Die kostate Gleichsaugsateile sid uerwüscht. Sie lasse sich durch die Kodesatore C1 ud C2 leicht etfere, de diese lade sich im zeitliche Mittel auf diese Sauge auf. Die bisherige Rechug ist davo ausgegage, dass der Saugsteiler aus R 4 ud Trasistor icht belastet wird. I der Praxis braucht ma aber z.t. erhebliche Ströme, we ma z.b. eie Lautsrecher asteuer will. Überlege Sie sich, was assiert, we a R 4 = 1 kω ist ud dara ei 8-Ω-Lautsrecher geschaltet wird, de C 2 sielt wechselsaugsmäßig keie Rolle. 10

11 2.2. Grudschaltug zur Stromverstärkug Was assiert, we der Lastwiderstad icht a de Kollektor, soder de Emitter geschaltet wird? Betrachte Sie die folgede Schaltug. Die eistellbare Saug U e (Saugsteiler R1, R2) gelagt umittelbar a die Basis vo Trasistor T1. Nehme wir a, sie sei 5 Volt. Gehe wir davo aus, dass im allererste Momet och kei Kollektor- oder Emitterstrom fließt. Der Saugsabfall über R3 ist daher 0 V ud der Emitter liegt auf 0 V. Da aber ist die U BE = 5 V, was lt. Eigagskeliie zu eiem riesige Kollektor- bzw. Emitterstrom führe sollte. Aber: I dem Maße, wie der Emitterstrom asteigt, immt ja auch der Saugsabfall über R3 zu. Die Saug am Emitter (bzgl. 0 V, also Masse) geht dadurch hoch ud U BE verrigert sich im gleiche Maße. Sobald jedoch U BE uter 0,6 V absikt, bricht der Basisstrom ud damit auch der Emitterstrom zusamme. Das System regelt sich daher so ei, dass ei so großer Emitterstrom fließt, bei dem U BE etwa 0,6 V ist. Aders gesagt: Der Emitter folgt (im Abstad vo diese 0,6 V) der Basissaug. Ma sricht daher vo eiem Emitterfolger. Für die Ströme gilt u: I E = I B I C. Da aber I C I B, ka ma aehme I E I C ud somit I E = βi B. Der Emitterfolger verstärkt also de Strom um de Faktor β, die Saug higege wird icht verstärkt. Zur Steuerug größerer Ströme werde Leistugstrasistore eigesetzt, dere β recht gerig ist (10 bis 30 im Gegesatz zu 200 bis 500 bei Kleisigaltrasistore). Ma ka jedoch der Basis des Leistugstrasistors eie zusätzliche Trasistor vorschalte, der seie Basisstrom um β 1 verstärkt a de Leistugstrasistor weitergibt, der seierseits ochmal um β 2 verstärkt. Die Gesamtstromverstärkug ist damit das Produkt β 1 β 2. Ma sricht vo eier Darligtostufe 11

12 Welche Last sieht ei Saugsteiler, we er über eie Emitterfolger oder eie Darligtostufe a de Lastwiderstad R3 gelegt wird? Die Saug a R3 ist i etwa die des Saugsteilers, aber der Basisstrom ist um de Faktor β 1 bzw. β 1 β 2 kleier. Der scheibare Widerstad ist also um diese Faktor größer. Beisiel: Bei R3 = 8 Ω ud eiem β 1 β 2 vo = 6000 ist die scheibare Last ur och 48 kω. IV. Versuchsrogramm 1. Bauelemet ud Schaltsymbol Trasistore werde i verschiedee Gehäuse agebote, z.b. im TO-92-Gehäuse (Foto obe liks) oder bei große Ströme im TO-3-Gehäuse (obe rechts). Es gibt aber auch kleiere Bauforme wie SOT23 (liks gaz ute). Weitere Gehäusetye sid zusätzlich abgebildet. Gehäuseforme Schaltsymbole NPN- ud PNP-Trasistor I userem Versuch ist der Trasistor (TO-92-Gehäuse) i eiem Steckelemet eigebaut. Die Aschlüsse werde über Baaestecker mit dem Steckbrett verbude. Trasistor im Steckgehäuse 12

13 2. Eigeschafte vo Trasistore Wie bei der Diode lasse sich auch die Eigeschafte vo Trasistore ahad vo Keliie beschreibe. Die Eigagskeliie beschreibt de Zusammehag zwische der Basissaug U BE ud dem Basisstrom I B, also I B = f(u BE ). Sie ist der Diodekeliie ählich. Die Ausgagskeliie beschreibt de Zusammehag zwische der Kollektorsaug U CE ud dem Kollektorstrom I C, also I C = f(u CE ). Charakteristisch ist, dass sich mit zuehmeder Saug U CE der Kollektorstrom eiem Maximalwert I C ähert, dem Sättigugsstrom I Cs. Die Höhe vo I Cs ist raktisch roortioal zu I B : I C = βi B, ma sricht vom Verstärkugsfaktor β. Baue Sie die folgede Schaltug mit dem Trasistor BC550 auf 3 ; achte Sie dabei ubedigt darauf, de Strombegrezugswiderstad R 1 =10 kω i der Basisleitug eizusetze. Für die Seisug vo U CE (das Netzteil U 2 ) köe Sie bei Aufahme der Eigagskeliie 4 5 V eistelle. Bei Aufahme der Ausgagskeliie variiere Sie U 2 zwische 0 ud 10 V. Messe Sie die folgede Zusammehäge ud stelle Sie diese grahisch dar: Eigagskeliie: I B = f(u BE ) Ausgagskeliie: I C = f(u CE ) Stromverstärkug I C = f(i B ), hier sollte etwa gelte: I C = βi B. Bestimme Sie β. 3. Saugsverstärkug mit Trasistore Die Verstärkug kleier (Wechsel-)sauge geligt, we die Eigagssaug i eie roortioale Basisstrom I B umgewadelt wird, der da als verstärkter Strom I C über eie Kollektorwiderstad R C wieder i eie Saug umgesetzt wird. Mit R 2 ud R 3 wird ei Arbeitsukt eigestellt (d.h. damit sich am Kollektor etwa die halbe Versorgugssaug eistellt). Zur Kotrolle des Arbeitsuktes schließe Sie das Oszillosko (Ch2) direkt am Kollektor a. Achte Sie darauf, daß es im Modus DC (ud icht AC) steht. (Warum?) Über R 1 (Strombegrezug) ud C 1 wird das Eigagssigal auf die Basis gegebe. Die Frequez darf dabei icht zu klei sei: Bereche Sie die Grezfrequez für C 1 R 1. Stelle Sie am Fuktiosgeerator ei Siussigal mit midestes der 10fache Frequez ei. Die kleie Äderuge des Basisstroms di B werde durch de Verstärkugsfaktor β zu große Äderuge des Kollektorstroms di C = β di B. 3 Im Steckelemet ka auch der elektrisch gleichwertige BC547 sei 4 Messe Sie immer ur kurz mit U 2 = 5 V ud lasse Sie die Saug sost auf 0 V (U 2 abstösel). Der Grud ist, daß bei U CE = 5 V ud I C = 50 ma eie Verlustleistug vo 250 mw am Trasistor etsteht, wodurch er sich deutlich erwärmt ud dadurch sikt U BE ab. 13

14 Am Widerstad R 4 fällt eie Saug U R = I C R 4 ab ud am Kollektor bleibt U CE = U 0 U R, die große Saugsäderuge du CE werde über C 2 ausgekoelt. Baue Sie die folgede Schaltug auf (Emfehlug: C1 = 100 F, R1 = 1 kω, R2 = 100 kω, R3 = 10 kω, R4 = 1 kω oder 10 kω, C2 = 1 µf, Versorgug = 10 V). Im Schaltla ist C2 geolt, d.h. als Elektrolytkodesator gezeichet, Sie köe aber auch eie ugeolte Kodesator ehme (Schaltzeiche wie C1). Gebe Sie ei kleies (!) Siussigal auf de Eigag. Sie köe das FG-Sigal durch drücke eier oder beider Taste -20 db um de Faktor 10 oder 100 abschwäche. Messe Sie das Ausgagssigal mit dem Oszillosko ach. Wie groß ist die Verstärkug? Wir wolle u versuche, das Sigal mit eiem Lautsrecher hörbar zu mache. Schließe Sie (über de Kodesator C2, der de Gleichsaugsateil zurückhält) de 8-Ω-Lautsrecher a. Die übrige Schaltug bleibt uverädert. Eigetlich sollte ei mehrere Volt großes Sigal sehr laut hörbar werde, das ist jedoch icht der Fall. Warum? Beobachte Sie das Ausgagssigal gleichzeitig am Oszillosko. Was ist assiert? 14

15 4. Stromverstärkug mit Trasistore Wir habe gerade gesehe, dass eie Saugsverstärkug allei icht ausreicht, we gleichzeitig auch hohe Ausgagsströme gebraucht werde. Zur Stromverstärkug eiget sich die Schaltug des sogeate Emitterfolgers. Baue Sie die folgede Schaltug auf; R1 = 10 kω, R2 = 1 kω, R3 = 100 Ω, U = 10 V. Gebe Sie durch veräder vo R1 verschiedee Gleichsauge U e auf de Eigag ud messe Sie U a = f(u e ) ud I R = f(i B ). Wichtig: Für T1 ehme Sie jetzt de BD137, zur Messug vo I R ei Ameremeter mit 2A- Meßbereich! Wie groß ist die Saugsverstärkug i dieser Schaltug? Wie groß ist die Stromverstärkug? Was assiert, we Sie zwei Trasistore hitereiaderschalte? Füge Sie wie dargestellt eie zweite Trasistor ei (T2 = BC550, T1 = BD137), der de Basisstrom verstärkt ud diese verstärkte Strom i die Basis des adere Trasistors gibt. Nehme Sie auch hier R1 = 10 kω, R2 = 1 kω. Messe Sie wieder I R = f(i B ). Messe Sie außerdem für ei oder zwei Werte U a = f(u e ) ud vergleiche Sie das Ergebis mit dem der letzte Schaltug, bei der ur ei Trasistor verwedet wurde. Was fällt auf? Falls es zu uerwüschte Schwiguge durch das Netzgerät kommt, schalte Sie eie Kodesator 1 F arallel zu R3. Außerdem ka ei Tiefaßfilter helfe (RF = 10 Ω, CF = 10 bis 100 µf), das zwische Netzgerät ud Schaltug gesetzt wird. 15

16 Nutze Sie jetzt die Emitterfolgerschaltug, um eie größere Strom für de Lautrecher bereitzustelle. Baue Sie die folgede Schaltug auf. Verwede Sie: T1 ud T2 wie obe, C1 = 1 µf, R1 = 1 kω, R2 = 100 kω, R3 = 10 kω, R4 = 1 kω, R5 = 100 Ω, C2 = 100 µf. Achte Sie bei C2 auf die richtige Polug! Falls es zu uerwüschte Schwiguge durch das Netzgerät kommt, schalte Sie eie Kodesator 1 F arallel zu R3. Außerdem ka ei Tiefaßfilter helfe (RF = 10 Ω, CF = 10 bis 100 µf), das zwische Netzgerät ud Schaltug gesetzt wird. Warum ist das Lautsrechersigal jetzt viel größer? 5. Feldeffekttrasistore Auch we der Basisstrom I B oft ur weige µa beträgt, ist das i mache Aweduge zu groß. Mit eiem Feldeffekttrasistor (FET) lasse sich Ströme ud Sauge raktisch leistugslos steuer, de der Basisstrom ist jetzt im A-Bereich ud kleier. Baue Sie die folgede Schaltug auf. Als FET verwede Sie eie J-FET, de BF244. Er ka maximal 50 ma schalte, wähle Sie daher R2 = 1 kω bei U1 = 10 V. Beachte Sie die egative Polug vo U0! Zum Schutz vor Beschädigug des FET bei falscher Polug setze Sie R1 = 10 kω ei. Sie müsse icht alle vier Größe I S, I G, U GS, U DS gleichzeitig messe, soder ur die jeweils agegebee. Messe Sie I S serrt er? = f(u GS ). Für welche Saugsbereich leitet der Trasistor, für welche Versuche Sie, für eiige Werte vo U0 de Gatestrom I G zu messe. Beachte Sie, dass Sie icht de Strom durch das Voltmeter (R i = 10 MΩ) mitmesse dürfe. Schalte Sie das Ameremeter I G also umittelbar vor de Gate-Aschluß. Wahrscheilich ist I G so klei, daß Sie selbst im µa-bereich des Ameremeters ichts sehe. Da hilft folgeder Trick: Stelle Sie 16

17 Ihr Digitalvoltmeter auf Gleichsaugsmessug 200 mv ud schließe Sie Ihre Meßkabel wie bei eier Saugsmessug bei Ohm/Volt ud COMM am Voltmeter a. I der Schaltug bleibt es aber wie ei Ameremeter (I G ). Das Voltmeter hat eie Iewiderstad vo 10 MΩ, durch de jetzt der wizige Gatestrom fließt. De Saugsabfall U DV M = 10 MΩ I G lese Sie am Voltmeter ab ud reche i de Gatestrom um. Im Bereich 200 mv ist die Auflösug 0,1 mv. Welchem kleiste Strom etsricht das? Falls Sie auch jetzt keie Gatestrom messe: Wie groß ka I G demach höchstes sei? (Das Dateblatt et für U GS = 20 V eie I G vo max. 5 A.) Hiweis: Lasse Sie das Gate icht offe! Zwar ist da der Gatestrom Null, aber das Gate holt sich durch itere Effekte eie egative Saug. Offees Gate bedeutet also icht U GS = 0! Sie köe diese Saug bei offeem Gate beobachte, we Sie U0 abklemme ud ur das Voltmeter für U GS a G ud S ageschlosse lasse. 6. Saugsstabilisierug mit Trasistore Im Versuch zur Diode (EP3 oder EL1) habe Sie gelert, wie ma mit Zeerdiode kostate Gleichsauge erzeuge ka. Aufgrud des Vorwiderstades ka mit der eifache Schaltug aber och kei hoher Ausgagsstrom erreicht werde. Wird die Zeersaug aber über eie Emitterfolger (d.h. eie Stromverstärker) geführt, sid wesetlich höhere Ströme möglich. Baue Sie die folgede Schaltug auf. Messe Sie U a = f(u e ) sowie I a = f(r L ). U e variiere Sie zwische 0 V ud 20 V. Für D1 ehme Sie die 5,6-V-Zeerdiode mit R1 = 200 Ω, für T1 wieder de BD137. Der Lastwiderstad R L setzt sich zusamme aus R 3 =20 Ω ud R 2 =Potetiometer 470 Ω. Der Kodesator 5 C1 hat 100 F. Eie Gefahr dieser Schaltug ist, dass bei eiem Kurzschluß ei zu hoher Ausgagsstrom fließt, der de Trasistor zerstöre köte. Professioelle Regler habe daher och weitere Schaltugsteile, die de Ausgagsstrom begreze. 5 Bei eiige Netzgeräte (U e) wurde beobachtet, daß sich i dieser Schaltug je ach Last hochfrequete Schwiguge (Regel- Istabilitäte) aufbaue köe. Mit C1 ka das verhidert werde. 17

18 7. Sesorik We och Zeit ist, baue Sie die folgede Schaltuge auf, die de Eisatz vo Trasistore i Sesorschaltuge demostriere solle. Die Sesore (siehe Abbilduge ute) befide sich i Steckelemete, wie Sie sie bereits vo de Widerstäde kee. 1. Der Phototrasistor ist eie besodere Bauform des Trasistors, bei der die Basisschicht dem Licht ausgesetzt werde ka. (Sie werde verschiedee Sesore demächst ei eier eigee Versuchsreihe keelere.) Die Photoe erzeuge im -Übergag der BE-Serrschicht Elektro-Loch-Paare ud roduziere damit eie Basisstrom. Er wird verstärkt ud ka als Photostrom gemesse werde. Bauelemet Schaltla Utersuche Sie die Lichtabhägigkeit des Photostroms: Wie groß ist er bei Tageslicht, wie groß, we der Phototrasistor möglichst weit vom Licht abgeschirmt ist? Für U0 wähle Sie 10 V, R1 = 1 kω. 2. Die folgede Schaltug zeigt eie eifache Lichtsteuerug mit eiem Photowiderstad (LDR). Der LDR hat bei Beleuchtug eie erheblich gerigere Widerstad als im Dukel. Für U0 wähle Sie jetzt 20 V. Bauelemet Schaltla Erkläre Sie die Fuktiosweise der Schaltug; wieso leuchtet die Lame bei Dukelheit auf? Mit R1 = 100 kω ud R2=1 kω köe Sie die Emfidlichkeit eistelle (wieso?). T1 ist ei BD

19 3. Tausche Sie de LDR gege eie NTC aus. Ei NTC ist ei temeraturabhägiger Widerstad, der bei hoher Temeratur eie gerigere Widerstad hat als bei tiefer (NTC = Negativer Temeratur-Coeffiziet). Bauelemet Schaltla Beobachte Sie das Verhalte der Lame bei uterschiedliche Temerature (z.b. bei Erwärme mit der Had). R1 ud R2 diee wie obe zur Eistellug der Schaltschwelle. Sie sollte so gewählt werde, dass die Lame bei kaltem NTC gerade leuchtet ud bei erwärmte gerade verlischt. Ma köte so eie Thermostate baue. 19