Werkstätte Elektronik

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1 Werkstätte Elektronik Messen elektrischer Größen Systematische Fehlersuche Aufbauregeln elektrischer Geräte Farbcode an Widerständen Widerstandsmessübung Messplatine Diode LED Transistor Dokument: Skriptum Elektronik 4AF.docx ev.: Ersteller: Erstelldatum: Seite 1 / 15

2 Elektronik Einführung Messen elektrischer Größen: Messen heißt vergleichen einer bekannten mit einer unbekannten Größe. In der Messtechnik werden z.b. Strom, Spannung und Widerstand als Messgrößen bezeichnet. Der durch die Messung ermittelte Wert wird Messwert genannt. Dieser setzt sich aus dem Anzeigewert und der Messgröße zusammen. Vor jeder Messung überlegen: Was soll gemessen werden (Wahlschalter richtig einstellen, Buchsen richtig anstecken) Wie soll gemessen werden (Messmethode, Geräte) Welches Ergebnis wird erwartet (Abschätzung, echnung) Zum Messaufbau die richtigen Messleitungen verwenden: Leitungen und Kabel auf einwandfreiee Isolation überprüfen. Bei hohen Messfrequenzen oder hohem Innenwiderstand der Signalquelle geschirmte Leitungen verwenden. Bei Gleichspannung die Farben der Messleitungen beachten: Positive Spannung: - rot Negative Spannung: - blau Masse: - schwarz Messfehler: Beim Ermitteln des Messwertes könnenn verschiedene Fehler auftreten. Um diese Fehler auszuschließen sind folgende Punkte zu beachten: Gebrauchslage des Messgerätes beachten (bei analogen Messwerken). Messinstrumente sind empfindlich und daher sorgfältig zu behandeln(trocken und staubfrei aufzubewahren). Messinstrumente sollten keiner zu hohen Temperatur ausgesetzt werden (Eichung auf 20 C). Bei analogen Messgeräten sollte das letzte Drittel der Messskala verwendet werden. Magnetische Felder nehmen Einfluss auf das Messwerk. Beim Messen auf Messgrößen und Messbereich achten. Bei Messgeräten vor der Messung die Nullstellung des Zeigers prüfen. Parallaxenfehler Stromarten Gleichstrom Gleichstrom ist ein Strom der ständig mit der gleichen Stärke in die gleich ichtung(polung) fließt. Wechselstrom Wechselstrom ist ein Strom, der ständig seine Größe und ichtung ändert Meßmethoden Spannung: Messgerät wird parallel zur messenden Spannung geschaltet. Strom: Messgerät wird in Serie zum Messobjekt geschaltet. Widerstand: Messgerät parallel zum Messobjekt, keine externe Spannung anlegen. Dokument: Skriptum Elektronik 4AF.docx Vorlage: F006-E_Dokumentenvorlage_mehrseitig.dot ev.: Ersteller: Erstelldatum: Seite 2 / 15 Dipl.Päd. Ing. F. Wilhelm Druckdatum: Blatt

3 Elektronik Einführung Systematische Fehlersuche Ursachen von Fehlern: Unterbrechung: Bruch von Drähten oder Leiterbahnen, Lösen von Quetsch-, Klemm- oder Schraubverbindungen, Wackelkontakt. Kurzschluss: Verbindung geringen Widerstandes zwischen zwei elektrischen Leitern, die im Normalfall keine Verbindung haben dürfen. Kriechverbindung: Verbindung mit relativ hohem Widerstand zwischen zwei Leitern. Meist verursacht durch Feuchtigkeit oder Verschmutzung. Kontaktstörung: an Schaltern, elais und elektronischen Schaltern, mangelnder Kontaktschluss oder zu großer Kontaktübergangswiderstand. Werteänderung von, L oder C durch Alterung, Temperaturschwankung, Erschütterung. Mechanische Unstabilität bei Stellwiderständen und kondensatoren, Trimmern etc. Alterungsprozesse bei Leuchtdioden, Flüssigkristallen, gasgefüllten Bauelementen o.ä. Mechanische Störungen bei elais, Servomotoren Antrieben o.ä. Fehler können entstehen durch: Schlechtes Material und Fehler in der Konstruktion und Fertigung: kalte Lötstellen, überlastete Schalterkontakte, schlechte Kühlverhältnisse, unstabiler und erschütterungsempfindlicher Aufbau, unstabile Bauelemente, ungenügender Schutz gegen Feuchtigkeit und Schmutz. Abnutzung und Alterung: Abnutzung von Kontakten, Alterung durch Wärme, Verbrauch aktiver Substanzen. Falsche Bedienung: Äußere Kurzschlüsse, Abdeckung der Entlüftungen, falsche Anschlüsse (Spannung von außen) o.ä. Spontanausfälle: diese können zwar auf eine Fehlerursache zurückgeführt werden, waren aber trotz aller Vorkehrungen nicht voraussehbar. Störungen von außen, z..b. EMV-Störungen: hierzu gehören Einstreuungen durch elektrische oder magnetische Felder, Störspannungen aus dem Netz und/ oder über den Schutzleiter. Systematische Fehlersuche: Jedem Fachmann ist es schon einiger Zeit fest, dass das Gerät passiert: Er sucht nach einem Fehler in einem Gerät und er stellt nach nicht eingeschaltet ist. Deshalb: uhe bewahren überlegen systematisch vorgehen. 1. Information über das Gerät: Welche Eingangssignale soll es erhalten, welche Ausgangssignale oder größen sollen entstehen. Nicht blindlings zum Suchen anfangen, sondern erst, wenn möglich, mit dem Bedienpersonal über den Arbeitsablauf des Gerätes oder der Maschine unterhalten. 2. Genaue Betrachtung des Gerätes von außen und innen: verbrannte Stellen, Beschädigungen, lockere Teile etc. Darauf achten, dass dabei nicht noch mehr zerstört wird. Dokument: Skriptum Elektronik 4AF.docx ev.: Ersteller: Erstelldatum: Seite 3 / 15

4 Elektronik Einführung 3. eproduktion des Fehlers: Alle Eingangssignale einschließlich Stromversorgung anlegen, Beobachtung der Ausgangsgrößen. Oft kann aus der Beschaffenheit der Ausgangsgrößen auf den Fehler geschlossen werden. Können die Ausgangsgeräte nicht angeschlossenn werden, so müssen Ersatzverbraucher verwendet werden, z.b. Lampen statt Motoren, Oszilloskop statt Lautsprecher. 4. Einkreisen des Fehlers: Ist kein einseutiger Schluss auf den Fehler möglich oder zeigen die Ausgänge des Gerätes keine Wirkung, so setzt die Signalverfolgung ein. Zuvor sollten aber folgende Prüfungen durchgeführt werden. Prüfern der Sicherungen und Betriebsspannungen Nochmalige genaue Inaugenscheinnahme der Teile auf Verfärbung, aufgeblähte Bauelemente, kalte Lötstellen, Haarrisse etc. vorsichtiges Abklopfen des Gerätes, bei Unterbrechungen oder Wackelkontakten wird eine Änderung des Ausgangssignals erfolgen. Austausch offensichtlich verdächtiger Bauelemente und Steckkarten (unter keinen Umständen blindlings tauschen). Langzeitbeobachtung von Aussetzfehlern, eventuell die Anwendung von Kältespray bei verdächtigen Bauelementen. 5. Signalverfolgung: Führen alle vorbereitenden Maßnahmen nicht zum Erfolg, so setzt die Signalverfolgung ein. Hierzu sollten folgende Schaltungsunterlagen vorhandenn sein: Stromlaufplan Verdrahtungspläne für einzelne Baugruppen und deren Zusammenschaltung. Anordnungspläne für die Lage der Bauteile auf den Prints und die Lage der Prints im Gerät. Ablaufdiagramme, Zeitlaufdiagramme, Oszillogramme, Signal- und/ oder Pegelpläne, Pläne zur Inbetriebnahme, Abgleichpläne etc. Oft gibt es auch Fehlerbeschreibungen oder Beschreibung von Fehlercodes und deren Abhilfe. Nicht immer werden ausreichende Planunterlagen zur Verfügung stehen (alte Geräte, ausgelaufene Modelle, etc.). Zwei Dinge sollte sich der Praktiker aber zum Grundsatz machen: Eingriffe im Gerät oder der Anlage nur dann vornehmen, wenn man sich über die Funktion im Klaren ist und Unter keinen Umständenn Sicherheitsbestimmungen/ -einrichtungen missachten oder außer Kraft setzen. Kundenwünsche oder Zeitdruck sind keine ausreichenden Gründe, diese zwei Punkte außer Acht zu lassen. Es hat sich auch oft bewährt, vor der Fehlersuche die Bedienungsanleitung genau durchzulesen, viele Fehler sind auf falsche Bedienung zurückzuführen. Dokument: Skriptum Elektronik 4AF.docx Vorlage: F006-E_Dokumentenvorlage_mehrseitig.dot ev.: Ersteller: Erstelldatum: Seite 4 / 15 Dipl.Päd. Ing. F. Wilhelm Druckdatum: Blatt

5 Elektronik Einführung Aufbauregeln elektrischer Geräte Der Schaltungsaufbau sollte übersichtlich erfolgen, es sind kurze Leitungen anzustreben. Die Zugänglichkeit der Bauteile muss gewährleistet sein (Service, Wartung, etc..), Bauteile nur in einer Ebene anordnen. Bauteilanschlüsse sollen nicht als Leitungen verwendet werden. Jedes Bauteil muss auf zwei festen Stützpunkten montiert sein. Die Einlötfolge ist vom unempfindlichsten zum empfindlichsten Bauteil: Drähte, Widerstände, Kondensatoren, Halbleiter. Leitungen Leitungsdurchmesser an die Strombelastung anpassen. Leitungen so kurz wie möglich. Drahtfarben bei Gleichspannung: ot positive Versorgungsspannung Blau negative Versorgungsspannung Schwarz Masse Drahtfarben bei Wechselspannung: Schwarz od. braun Phase Blau Neutralleiter Gelb/grün Schutzleiter Für Wechselspannungsleitungenn gilt zusätzlich: Transformatorleitungen verdrillt und nicht zu nahe an den Eingangsleitungen vorbeiführen. Ein- und Ausgangsleitungen besonders bei Verstärkern räumlich getrennt führen. Widerstände So anordnen, dass sie andere Bauteile nicht erwärmen. Dioden und Transistoren Auf richtige Polung achten, Anschlussbelegung von Transistoren dem Datenblatt entnehmen. Auch bei gleicher Gehäuseform kann die Pinbelegung verschieden sein. Halbleiter beim Einlöten nicht zu stark erwärmen (max. 2s aufheizen). Halbleiter mit mehreren Anschlüssen (ICs) nach 2 4 Lötstellen abkühlen lassen. Genereller Arbeitsablauf Schaltung auf Vordruck im oberen (glatten) Teil einzeichnen (Lineal). Bestückungs- und Verdrahtungsplan entwerfen und endgültiges Ergebnis im unteren (karierten) Teil freihändig, zweifärbig einzeichnen. Eine Farbe ist der Bestückungsplan, die andere Farbe ist der Verdrahtungsplan (z.b. Kugelschreiber Bleistift). Bauteile zum Bestücken vorbereiten, z.b. Bauteile mit axialen Anschlüsse (Widerstände, Dioden) in Biegeschablone einlegen und Anschlüsse um 90 biegen oder mit Flachzange biegen. Lochraster bestücken, Bauteile sind parallel zu den Plattenkanten aufzubauen, bei Aufdrucken müssen diese von oben lesbar sein. Anschlüsse kürzen (Bei unseren Versuchsaufbauten werden Transistoren und Leuchtdioden nicht gekürzt, Anschlüsse lang lassen), bei Transistoren o.ä. kann man die Anschlüsse länger lassen bessere Wärmeabfuhr. Drähte nicht biegen oder als Leitungen verwenden, Ausnahme: zwei Löcher direkt nebeneinander. Schaltung verdrahten, Leitungsführung sinnvoll. Kurven sind möglich, es ist jedoch auf echtwinkeligkeit zu achten. Keinesfalls auf der Verdrahtungsseite Leitungen kreuzen. Dokument: Skriptum Elektronik 4AF.docx ev.: Ersteller: Erstelldatum: Seite 5 / 15

6 Farbcode an Widerständen Multiplikator Kennziffern Toleranz Ein eventueller 6. Farbring gibt den Temperaturkoeffizienten an. Farbenzuordnung Farbe Schwarz Braun ot Orange Gelb Grün Blau Violett Grau Weiß Gold Silber Ohne Farbe Ziffer Multiplikator bzw. Anzahl der Nullen Toleranz /- 1% /- 2% ,1 +/- 5% 0,01 +/- 10% +/- 20% Normenreihen E6 E12 E24 E E6 E12 E24 E48 E6 E12 E E Dokument: Skriptum Elektronik 4AF.docx Vorlage: F006-E_Dokumentenvorlage_mehrseitig.dot ev.: Ersteller: Erstelldatum: Seite 6 / 15 Dipl.Päd. Ing. F. Wilhelm Druckdatum: Blatt

7 Widerstandsmessübung 1 2 U = V U = 1,2kΩ 2 = 3,3kΩ 3 = 2,2kΩ 4 = 2,2kΩ 5 = 1,0kΩ Aufgabenstellung: 1. Bestimmung der Widerstände laut Farbcode 2. Kontrollmessung der Widerstände 3. echnerische Ermittlung des Gesamtwiderstands, des Gesamtstroms, der Teilströme, der Teilspannungen 4. Messung der Teilspannungen 5. Messung der Teilströme 1. Bestimmung der Widerstände laut Farbcode z.b.: Nr. Wert 10kΩ Farbcode braun schwarz orange 1 1,2kΩ 2 3,3kΩ 3 2,2kΩ 4 2,2kΩ 5 1,0kΩ Dokument: Skriptum Elektronik 4AF.docx ev.: Ersteller: Erstelldatum: Seite 7 / 15

8 Widerstandsmessübung 2. Kontrollmessung der Widerstände Nr Vorgabe Wert gemessen 3. echnerische Ermittlung Auf Beiblatt durchführen 4. Messung der Teilspannungen 5. Messung der Teilströme errechnet gemessen errechnet gemessen U 1 I 1 U 2 I 2 U 3 I 3 U 4 I 4 U 5 I 5 Dokument: Skriptum Elektronik 4AF.docx Vorlage: F006-E_Dokumentenvorlage_mehrseitig.dot ev.: Ersteller: Erstelldatum: Seite 8 / 15 Dipl.Päd. Ing. F. Wilhelm Druckdatum: Blatt

9 Messplatine = 1,2 kω = 3,3kΩ = 2,2kΩ = 2,2 kω = 1,0 kω = 100Ω = 75Ω / 5W = 10kΩ = 220Ω = 10kΩ = 5kΩ = 1MΩ X X X X C = 1000µ F D D D 1 X = 3Pin = LED = 1Pin = 2 Pin = 1N4007 T = BC547, (BC548) Dokument: Skriptum Elektronik 4AF.docx ev.: Ersteller: Erstelldatum: Seite 9 / 15

10 Diode PN-Übergang ohne äußere Spannung p n Baut man einen p-leiter und einen n-leiter zusammen, so ergibt sich an der Verbindungsstelle eine Grenzschicht. Diese Grenzschicht nennt man PN-Übergang. Das elektronische Bauelement wird Halbleiterdiode genannt. Ohne äußere Einwirkung durch Spannung oder Strom bewegen sich die freien Ladungsträger nahe der Grenzbereiches von n- und p- Schicht in die jeweils anders geladene Schicht. Dabei rekombinieren die Elektronen und Löcher miteinander p Sperrschicht n Diffusionsspannung Am PN-Übergang entsteht eine an freien Ladungsträgern verarmte Sperrschicht, diese wird auch aumladungszone genannt. Diese Schicht ist schlecht leitend und in ihr herrscht ein sehr starkes elektrisches Feld. Durch die Ladungsträgerwanderung entsteht zwischen p- und n-schicht eine elektrische Spannung. Sie wird Diffusionsspannung UD genannt. Bestehen die Schichten aus Silizium beträgt die Diffusionsspannung ca 0,6 bis 0,7 V. PN-Übergang an äußerer Spannung p n Diode in Durchlassrichtung Wird die Diode in Durchlassrichtung betrieben, so liegt die p-schicht am Plus-Poll und die n-schicht am Minus-Pol. Die Löcher der p-schicht werden vom Plus-Pol abgestoßen, die Elektronen der n-schicht werden vom Minus-Pol abgestoßen. Die Grenzschicht wird nun mit freien Ladungsträgern überschwemmt. Über den PN-Übergang hinweg, fließt ein Strom durch die Diode. p Sperrschicht n Diffusionsspannung - + Diode in Sperrichtung Wird die Diode in Sperrrichtung betrieben, so liegt die p-schicht am Minus-Pol und die n-schicht am Plus-Pol. Die Löcher der p-schicht werden vom Minus-Pol angezogen, die Elektronen der n-schicht werden vom Plus-Pol angezogen. Dadurch vergrößert sich die Grenzschicht und es können keine Ladungsträger durch sie hindurch. p n Die Eigenschaften des PN-Überganges werden in Halbleiterdioden genutzt. Die p- und n-schicht befinden sich in einem verschlossenen Gehäusee mit zwei Anschlussbeinen. Das Bild links zeigt den Prinzipmit Markierungsring Aufbau, das Schaltzeichen und das Bauteil (axial) (Kathode). Das Dreieck stellt die p-schicht dar. Der Balken die n-schicht. Die Dreiecksspitze zeigt die technische Stromrichtung in Durchlassrichtung an Das Bauteil besitzt eine ingmarkierung auf der Kathodenseite. Dadurch können die Anschlüsse voneinander unterschieden werden. Anode Kathode Dokument: Skriptum Elektronik 4AF.docx Vorlage: F006-E_Dokumentenvorlage_mehrseitig.dot ev.: Ersteller: Erstelldatum: Seite Dipl.Päd. Ing. F. Wilhelm Druckdatum: Blatt 10 / 15

11 Diode Kennlinie einer Diode I F in ma Durchlass bereich -U in V ,4 0,6 0,8 U F in V U F U I F I = Durchlassspannung, Schwellspannung (Schwellwert) = Sperrspannung = Durchlassstrom = Sperrstrom Sperr bereich -I in µa Durchlassbereich: Ab einem bestimmten Durchlassspannungswert UF beginnt der Strom stark anzusteigen. Diesen Spannungswert nennt man Schwellspannung. Die Halbleiterdiode zeichnet sich durch diese Charakteristik als spannungsabhängiger Widerstand aus. Der Durchlassbereich, in dem die Kennlinien der Dioden in Durchlassrichtung betrieben werden liegt rechts oben. Sperrbereich: Der Sperrbereich, in dem die Kennlinien der Dioden in Sperrrichtung betrieben werden, liegt links unten. Wird die negative Spannung erhöht (U>-100V), so kann aus der Kennlinie abgelesen werden, dass plötzlich der Strom I rasch ansteigt - die Diode wird zerstört! Die beiden anderen Felder spielen bei der Kennlinienaufnahme keinee olle. Um eine Kennlinie aufzunehmen, wird eine Anzahl von Messpunkten bestimmt, diese werden in die richtige Koordinate gesetzt. Die Punkte werden dannn miteinander verbunden. Daraus ergibt sich eine grafische Darstellung der Messwerte: die Kennlinie. Die Kennlinie kann z.b. dazu verwendet werden um die Schwellspannung zu bestimmen. Die Schwellspannung ist abhängig vom Halbleitermaterial und entspricht nur einem ungefähren Wert. Ein paar Beispiele häufiger Halbleitermaterialien: Germanium ~ 0,3V Silizium ~ 0,7V Selen ~ 0,6V Schwellspannung ~ Diffusionsspannung Dokument: Skriptum Elektronik 4AF.docx ev.: Ersteller: Erstelldatum: Seite 11 / 15

12 Diode Eigenschaften einer Halbleiterdiode große Sperrspannung kleine Durchlassspannung kleine Baugröße, dadurch empfindlich gegen Überlast großer Durchlassstrom Gleichrichterwirkung Anwendung Gleichrichtung von Wechselstrom, Ventilwirkung, Spannungsbegrenzung Ermittlung der Diodenkennlinie Um die Abhängigkeit zwischen Strom und Spannung eines elektronischen Bauelementes zu ermitteln wird eine Schaltung zur Aufnahme der Strom- und Spannungswerte aufgebaut. Diese Schaltung kann zum Beispiel auf die Halbleiterdiode angewendet werden. Um den Bereich von ca. 0,5V bis 0,8V genau zu erfassen, wird ein Potentiometer als Spannungsteiler vorgeschaltet. Die Messschaltung besteht aus einer Spannungsquelle, einem Potentiometer, einem Vorwiderstand zur Strombegrenzung, einem Strommessgerät, einem Spannungsmessgerät und der Halbleiterdiode selber. Es werden ca. fünf bis sieben Messpunkte im interessanten Bereich (das ist der Bereich des Knicks) aufgenommen und zwei bis drei Messpunkte in größerem Abstand davor und danach. Die Anzahl der Messpunkte ist nicht fix, sondern es sollen so viele gewählt werden, damit die Kennlinie sicher gezeichnet werden kann. U [V] I [ma] U [V] I [ma] U [V] I [ma] Kennlinie: (Auf Beiblatt durchführen, geeigneten Maßstab wählen) Dokument: Skriptum Elektronik 4AF.docx Vorlage: F006-E_Dokumentenvorlage_mehrseitig.dot ev.: Ersteller: Erstelldatum: Seite Dipl.Päd. Ing. F. Wilhelm Druckdatum: Blatt 12 / 15

13 LED Sonderform: Leuchtdiode (LED) Eine LED ist eine Diode, die inn Durchlassrichtung leuchtet und in Sperrrichtung nicht. Sie kann aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaftenn (max. Sperrspannung ~5V) nur zu Anzeigezwecken verwendet werden, aber nicht, um gleichzurichten. LED (Light emitting Diode) Anode Kathode Anode Kathode Die Diffusionsspannung ist bei einer Standard-LED höher als bei einer Siliziumgleichrichterdiode, sie beträgt ca. 2,2V. Betrieben wird eine LED mit 10 15mA, der max. Durchlassstrom beträgt 50mA. Aufgrund dieser Begrenzung des Stromes muß eine LED mit einem Vorwiderstand betrieben werden. Bauformen: Standard Ø3mm, Ø5mm, rechteckig, rot gelb, grün, blau, weiß Sonderformen als Blink-LED, Duo-LED (verschiedene Farben in beide ichtungen), GB- LED.. Kennzeichnung der Anschlüsse: Bei einer Standard LED ist die Kathode mit folgenden Kennzeichen versehen: kürzerer Anschluß, abgeflachte Stelle am ing, meistens ist die größere Elektrode im Inneren der LED die Kathode. Wenn kein Kennzeichen erkennbar ist, die Polarität mit Vorwiderstand an einer Stromquelle ausprobieren. Dokument: Skriptum Elektronik 4AF.docx ev.: Ersteller: Erstelldatum: Seite 13 / 15

14 Transistor Der Transistor besteht aus zwei PN-Übergängen, je nach Ausführung (Dotierung) unterscheidet man zwischen NPN- und PNP-Transistoren. D.h., jeder Transistor besteht aus drei Halbleiterschichten. Die Außenschichten werden als Kollektor (C) und Emitter (E) bezeichnet. Die mittlere Schicht hat die Bezeichnung Basis (B), und ist die Steuerelektrode, bzw. der Steuereingang des Transistors. Diese Schicht ist gegenüber den beiden anderen Schichten besonders dünn. B B C p n p E C n p n E PNP B NPN B C E C E Das Schaltzeichen links zeigt den Prinzipaufbau des Transistors: zwei gegeneinandergeschaltete Dioden. Die Funktion kannn so jedoch nicht real nachgebaut werden, da es durch die sehr dünne Basisschicht zu einem anderen Verhalten kommt. In der oberen Ausführung ist ein PNP- Transistor dargestellt, in der unteren ein NPN. Für den Steuerstrom ist nun ersichtlich, dass er, je nach der Dioden-Durchlassrichtung, beim NPN-Typ in den Transistor hineinfließt, beim PNP-Typ herausfließt. Die Diodenstrecken lassen sich auch mit einem jedoch aus dem Transistor Multimeter mit Diodenmessstrecke nachmessen. Bsp. NPN: Zwischen B und E muss bei Plus an B und Masse an E eine Diodenstrecke messbar sein, ebenso bei Plus an B und Masse an C. Bei Masse an B, Plus an C bzw. E und zwischen C und E in beiden ichtungen darf keine Diodenstrecke messbar sein. Ist dies der Fall, ist der Transistor in Ordnung. Funktionsweise (Bsp. NPN): Transistor in Sperrrichtung Die Basis B wird mit keiner Spannung versorgt, am Kollektor C wird eine positive Spannung angelegt, den Minus-Pol verbindet man mit dem Emitter E. Zur Strombegrenzung wird ein Widerstand eingebaut. Erster PN-Übergang (B-C): Die negativen Ladungsträger des Kollektors werden vom Pluspol angezogen, hingegen die positiven Löcher in der P-Schicht der Basis abgestoßen. Es bildet sich, wie bei der Diode, eine Sperrschicht. Dieser PN-Übergang verhindert deshalb das Fließen von Strom. Zweiter PN-Übergang (B-E): Hier verhält es sich genau umgekehrt. Vom Minuspol werden die negativen Ladungsteilchen der Emitterzone abgestoßen und in die positiv geladene Basisschicht gedrängt. Dieser PN-Übergang ist deshalb in Durchlassrichtung geschaltet. Der Transistor befindet sich im Sperrzustand, da der erste PN-Übergang das Fließen von Strom verhindert. Dokument: Skriptum Elektronik 4AF.docx Vorlage: F006-E_Dokumentenvorlage_mehrseitig.dot ev.: Ersteller: Erstelldatum: Seite Dipl.Päd. Ing. F. Wilhelm Druckdatum: Blatt 14 / 15

15 Transistor Transistor in Durchlassrichtung Die Basis wird mit einer Spannung versorgt, die mindestens die Diffusionsspannung erreicht. Auch hier wird zur Strombegrenzung ein Widerstand vor die Basis geschaltet. Voraussetzung: Die Emitterzone ist gegenüber der Kollektorzone höher dotiert, was bedeutet, dass sich in der Emitterschicht mehr freie Elektronen befinden als in der Kollektorschicht. Die Basisschicht ist schwach dotiert und enthält deshalb nur wenige freie Löcher. Wird nun die Basis mit Spannung versorgt, werden die frei beweglichen Elektronen von der Emitterschicht in die Basisschicht gedrängt. Da sich aber in der P-Zone der Basis nur wenige Elektronen mit den freien Löchern verbinden können, besteht in dieser Schicht ein Elektronenüberschuss. Diese überschüssigen, negativen Elektronen werden vom Pluspol des Kollektors angezogen. Die Sperrschicht löst sich auf und der Transistor befindet sich im Durchgangszustand Strom kann fließen. Der Zustand des Transistors wird demnach durch die Basis gesteuert. Anwendungen Der Transistor wird grundsätzlich für Verstärkerschaltungen verwendet. Betrachtet man die zwei Extremfälle, nämlich die Sperrrichtung und die Durchlassrichtung mit voller Verstärkung, erhält man den zweiten Hauptanwendungsfall: Transistor als Schalter. Transistoren haben, je nach Modell, Verstärkungen (I C /I B ) von einigen zehn bis zu etlichen hundertfachen Faktoren. Gehäuseformen Transistoren werden in den verschiedensten Gehäuseformen hergestellt. Die Anschlussbelegung muss für jeden Typ aus dem Datenblatt abgelesen werden. Gleiche Gehäuseform ist nicht gleich der Anschlussbelegung! TO5 TO39 TO92 TO226AE TO251 SOT32 TO220 SOT128B TOP3 TO3 Verschiedene Gehäuseformen Dokument: Skriptum Elektronik 4AF.docx ev.: Ersteller: Erstelldatum: Seite 15 / 15