Der Transistor (Grundlagen)

Transkript

1 Der Transistor (Grundlagen) Auf dem Bild sind verschiedene Transistoren zu sehen. Die Transistoren sind jeweils beschriftet. Diese Beschriftung gibt Auskunft darüber, um welchen Transistortyp es sich handelt und in welchen elektronischen Schaltungen er eingesetzt werden kann. Bild: Kim

2 Das Schaltsymbol für ein Transistor. Er hat drei Anschlüsse: B => Basis E => Emitter C => Kollektor Der Transistor ist eines der wichtigsten Bauteile in der Elektronik. Es gibt eine Menge verschiedene Transistoren, angepasst an den jeweiligen Verwendungszweck. Eine grundlegende Eigenschaft ist, dass man mit kleinen Strömen größere steuern kann. Daraus entsteht eine Art Strom- Verstärkung. Aus kleinen elektrischen Strömen werden größere erzeugt. Ein Beispiel: Ein Mikrofon liefert nur ein kleines elektrisches Signal. Hinter dem Mikrofon muss ein Mikrofonverstärker geschaltet werden, welcher aus dem kleinen elektrischen Signal ein etwas größeres Signal macht. Dieser Mikrofonverstärker ist vorwiegend mit Transistoren aufgebaut.

3 Aber wie funktioniert ein Transistor? Dazu ein kleiner Schaltplan: R 1 L 1 R 2 Lastkreis P 1 T 1 (größerer Strom) Betriebsspannung Steuerkreis Transistorschaltung (kleiner Strom) Kleine Ströme steuern große Ströme Die Widerstände R 1 und P 1 stellen einen Spannungsteiler dar. Er liefert uns eine Basis- Emitter- Vorspannung, welche benötigt wird, damit der Transistor arbeiten kann. R 2 fungiert als Lastwiderstand und als Strombegrenzung. Unsere Glühlampe L1 stellt unsere eigentliche Last dar und zeigt uns an, wann zwischen Kollektor und Emitter ein Strom fließt. Mit P1 können wir den Basisstrom einstellen.

4 Um die Funktionsweise eines Transistors verstehen zu können, müssen wir uns zuerst die Arbeitsweise einer Diode genauer anschauen. Warum lässt die Diode den Strom immer nur in eine Richtung fließen? Eine Diode besteht aus zwei Schichten. Die eine ist die P- Schicht (egativ geladen), die andere die - Schicht (Positiv geladen). In der P-Schicht fehlen Elektronen und hinterlassen in dieser Schicht Löcher. Die - Schicht ist so aufgebaut, dass diese viele zusätzliche Elektronen enthält. Aufbau einer Diode: P P- Schicht (Anode) Schaltsymbol Diode - Schicht (Kathode) Für die Fachleute: Die P- und - Schichten bestehen aus einem Silizium- Kristall. Die - Schicht ist absichtlich z.b. mit Phosphor verunreinigt. Dadurch bilden sich viele freie Elektronen. Die P- Schicht hingegen, ist absichtlich z.b. mit Bohr verunreinigt. Diese Verunreinigungen nennt man >dotieren<.

5 Wir schließen jetzt eine Spannung an die Diode an. An der Anode liegt eine negative und an der Kathode eine positive Spannung. Was passiert? P Sperrschicht Ist an der P- Schicht der Minus- Pol und an der - Schicht der Plus- Pol angeschlossen, so bildet sich am P- Übergang eine Sperrschicht, welche einen Stromfluss durch die Diode verhindert. Die Diode lässt keinen Strom durch, sie ist gesperrt! Wir polen jetzt die Spannung um: P An der P- Schicht ist der Plus- Pol angeschlossen und an der - Schicht der Minus- Pol. Die Sperrschicht ist verschwunden. Jetzt kann ein Strom fließen. Stromfluss (technische Stromrichtung)

6 Die Funktion eines Transistors: P 1 Basis P Kollektor Emitter P- Transistor Innerer Aufbau: Zwei - Schichten und eine P- Schicht Zwischen der Basis und dem Emitter befindet sich eine P- Schicht. Man kann sich an dieser Stelle auch eine Diode vorstellen.

7 Der Transistor im gesperrten Zustand P1 0 V Kollektor 2,4 V Basis Emitter P Lampe Sperrschicht Sperrschicht P- Transistor Der Transistor hat zwischen dem Kollektor und dem Emitter seine Betriebsspannung(2,4 Volt), die er benötigt, um arbeiten zu können. Der veränderbare Widerstand (P1) ist so eingestellt, dass die Basis- Emitter- Spannung 0 Volt beträgt. In diesem Zustand bilden sich zwei Sperrschichten. Es kann zwischen dem Kollektor und dem Emitter kein Strom fließen. Der Transistor ist gesperrt. Unsere Lampe (im Kollektorkreis) bleibt dunkel.

8 Der Transistor steuert ein wenig auf 1,8 V 0,52 Volt Kollektor Basis P Emitter Mit dem veränderbaren Widerstand P1 haben wir an der Basis- Emitter Strecke eine kleine positive Spannung (0,52 Volt) eingestellt. Es fließt ein kleiner Strom zwischen Basis und Emitter. Diesen Strom nennen wir Basis- Strom. Dieser Basis- Strom sorgt dafür, dass beide Sperrschichten kleiner werden. Zwischen Kollektor und Emitter fängt nun auch ein Strom an zu fließen. Dieser Kollektor- Emitter- Strom ist größer als der Basis- Strom! Da unsere Lampe im Kollektor- Kreis angeschlossen ist, fängt diese ein wenig an zu leuchten! Die Kollektor- Emitter- Spannung beträgt ca. 1,8 Volt. Der Übersicht halber haben wir die Anschlußbezeichnungen des Transistors abgekürzt: B = Basis K = Kollektor E = Emitter

9 Der Transistor steuert ganz durch P1 0,74 Volt 0,42 V B K E Mit dem veränderbaren Widerstand P1 haben wir die Basis- Emitter Spannung nun auf 0,74 Volt erhöht. Dadurch wird der Basis- Strom angehoben. Die beiden Sperrschichten fangen an sich aufzulösen. Der Transistor steuert voll durch! Er verhält sich jetzt wie ein Schalter, welcher geschlossen ist. Die Kollektor- Emitter- Spannung ist von 1,8 Volt auf 0,42 Volt gesunken. Unsere Lampe im Kollektorkreis leuchtet hell auf.

10 Soeben haben wir uns das Arbeitsprinzip eines Transistors angeschaut. Wir wollen jetzt eine komplette Transistorschaltung aufbauen. Die Widerstände bekommen Werte, welche so ausgerechnet sind, dass unser Transistor- Typ > BC 547 B < einwandfrei arbeiten kann und die LED sich in der Helligkeit mit P 1 gut einstellen lässt. Der fertige Schaltplan: Si 0,05 A R 1 R 2 R 3 LED R 1 = 330 Ω R 2 = 33 Ω R 3 = 100 Ω 4,5 Volt P1 B C P 1 = 220 Ω lin T 1 = BC 547 B T 1 E Bei P 1 handelt es sich um ein Potentiometer. Der Widerstandswert kann über ein Drehknopf verändert werden. Je höher der Widerstandswert eingestellt ist, um so mehr erhöht sich die Basis- Emmiter- Spannung und umgekehrt. Die Schaltung ist so berechnet, dass man mit P 1 die Leuchtdiode jetzt in der Helligkeit steuern kann. Die Helligkeit von D 1 ist ein Maß für den Kollektor- Emmiter- Strom. Mit dieser Schaltung kann man die Funktionsweise eines Transistors gut erkennen.

11 Die Transistorschaltung fertig aufgebaut: Helligkeitsregler Bild: Rüdiger

12 Transistor Leuchtdiode Widerstände Bild: Rüdiger