Der Transistor als Spannungsverstwrker (Artikelnr.: P )

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1 Lehrer-/Dozentenblatt Der Transistor als Spannungsverstwrker (Artikelnr.: P ) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse Lehrplanthema: Elektrizitätslehre Unterthema: Elektronik Experiment: Der Transistor als Spannungsverstärker Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Mittel 10 Minuten 10 Minuten 2 Schüler/Studenten Zuswtzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusatzinformationen Bei diesem Versuch lernen die Schüler die Anwendung des Transistors zur Wechselspannungsverstärkung kennen. Das von dem Transfomator des Netzgeräts erzeugte magnetische Streufeld induziert in einer Spule eine geringe Wechselspannung. Ihr direkter Nachweis mit einem Kopfhörer ist wegen der geringen Höhe der Wechselspannung nicht überzeugend. Um die erforderliche Spannungsverstärkung zu erreichen, wird diese Wechselspannung der durch einen Spannungsteiler erzeugten Basisvorspannung überlagert und steuert den Kollektorstrom periodisch um den durch die Vorspannung eingestellten mittleren Wert. Die Schwankungen des Kollektorstromes erzeugen im Kopfhörer Spannungsschwankungen, die als Brummton wahrgenommen werden. Durch diesen Versuch werden die Schüler außerdem an das gegenwärtig häufig diskutierte Problem des Elektrosmogs herangeführt. Es wird nachgewiesen, dass elektrische Geräte in ihrer Umgebung magnetische Felder erzeugen, wenn sie in Betrieb gesetzt werden. Hinweise zu Aufbau und Durchführung Der direkte akustische Nachweis des magnetischen Streufeldes in der Nähe des Netzgerätes setzt einen niedrigen Geräuschpegel im Versuchsraum voraus. Der Ort der höchsten magnetischen Feldstärke befindet sich an der Frontplatte des Netzgeräts, oberhalb der Anschlüsse für die Wechselspannung. Der Aufbau der Versuchsschaltung nach Abb. 1 bereitet keine größeren Schwierigkeiten. Die Einstellung der Kollektorspannung auf den halben Wert der Betriebsspannung ist nicht besonders kritisch; Abweichungen von 1 bis 2 Volt sind durchaus vertretbar. Der Koppelkondensator am Verstärkereingang verhindert den Kurzschluss der durch den Spannungsteiler erzeugten Basisvorspannung über den niederohmigen Spulenwiderstand und überträgt die in der Spule induzierte Wechselspannung auf den Basisanschluss des Transistors. Die Schaltung nach Abb. 3 ermöglicht objektive, halbquantitative Aussagen über die Höhe des magnetischen Wechselfeldes. Durch den Kondensator am Kollektoranschluss wird nur die verstärkte Wechselspannung auf das Messinstrument übertragen. Die Diode richtet diese Wechselspannung gleich und ermöglicht dadurch die Nutzung des empfindlicheren Gleichspannungsmessbereiches des Vielfachmessinstruments. Anmerkungen Eine quantitative Bestimmung der Stärke der magnetischen Felder ist mit Versuch 2 (evtl. als Zusatzversuch) möglich; dazu muss durch einen mit Wechselstrom erregte Spule ein magnetisches Wechselfeld erzeugt werden, dessen Stärke errechnet wird

2 Lehrer-/Dozentenblatt und mit dem das Messgerät der Versuchsanordnung kalibriert werden kann.

3 Der Traesistor als Spaeeuegsverstärker (Artikeler.: P ) Aufgabe ued Material Aufgabe Wie kaee mae Elektrosmog eachweisee? Versuche, die durch magnetische Wechselfelder des Netzgerätes in einer Spule induzierten geringen Wechselspannungen so zu verstärken, dass sie mit eine Kopfhörer nachgewiesen werden können.

4 Material Positioe Material Besteller. Meege 1 Leitungs-Baustein, gerade, SB Leitungs-Baustein, winklig, SB Leitungs-Baustein, T-förmig, SB Leitungs-Baustein, unterbrochen, SB Leitungs-Baustein, Anschlussbaustein, SB Leitungs-Baustein, gerade mit Buchse, SB Leitungs-Baustein, winklig mit Buchse, SB Widerstand 47 kohm, SB Potentiometer 10 kohm, SB Siliziumdiode 1N4007, SB Transistor NPN (BC337), SB Kopfhörer 2 kohm, 4 mm-stecker Kondensator (ELKO) 47 µf, SB Kondensator 47 nf, SB Spule, 1600 Windungen Joch Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, rot Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, blau Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, rot Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, blau PHYWE Netzgerät DC: V, 2 A / AC: 6 V, 12 V, 5 A Vielfachmessinstrument, analog

5 Aufbau ued Durchführueg Aufbau 1. Versuch Den Versuch wie in Abb. 1 und Abb. 2 gezeigt aufbauen, aber im Gegensatz dazu den Kopfhörer zunächst direkt mit der Spule verbinden; I-Kern in die Spule schieben. Abb. 2 Abb Versuch Versuchsanordnung nach Abb. 3 und Abb. 4 ergänzen. Abb. 4 Abb. 3

6 Durchführueg 1. Versuch Netzgerät einschalten Spule (mit dem Eisenkern) in der Nähe des Netzgeräts bewegen; darauf auchen ob im Kopfhörer ein leiser Brummton zu hören ist 1. Aufgabe: Netzgerät ausschalten und Beobachtungen im Protokoll notieren Den Kopfhörer jetzt wie in Abb. 2 gezeigt anschließen Vielfachmessinstrument auf den Messbereich 10 V-; Netzgerät einschalten und Gleichspannung 12 V- einstellen Mit dem Potentiometer 10 kω die am Messinstrument angezeigte Kollektor-Emitter-Spannung auf etwa 5 V einstellen 2. Aufgabe: Spule mit Eisenkern wieder in der Nähe des Netzgeräts hin und her bewegen und drehen; dabei auf den Brummton im Kopfhörer achten; Netzgerät ausschalten und Ergebnis notieren 2. Versuch Wenn der Versuch entsprechend Abb. 4 aufgebaut ist, Netzgerät einschalten Spule wieder vor dem Netzgerät bewegen und diesmal auf den Ausschlag des Messinstruments achten 3. Aufgabe: Die Stelle am Netzgerät suchen, an der das stärkste magnetische Wechselfeld (der stärkste Elektrosmog) registriert wird; Beobachtung und Messwert notieren Netzgerät ausschalten

7 Protokoll: Der Traesistor als Spaeeuegsverstärker Ergebeis - Beobachtuegee 1 (10 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zur 1. Aufgabe (s. Durchführung). Ergebeis - Beobachtuegee 2 (10 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zur 2. Aufgabe (s. Durchführung).

8 Ergebeis - Beobachtuegee 3 (10 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zur 3. Aufgabe (s. Durchführung). Auswertueg - Frage 1 (10 Puekte) Warum ist im Kopfhörer ein Brummton zu hören, wenn die Spule in die Nähe des Netzgeräts gebracht wird?

9 Auswertueg - Frage 2 (10 Puekte) Welche Aufgabe hat der Spannungsteiler aus dem Widerstand 47 kω und dem Stellwiderstand 10 kω? Auswertueg - Frage 3 (10 Puekte) Was berwirkt die über den Kondensator auf die Basis des Transistors übertragene Induktionswechselspannung?

10 Auswertueg - Frage 4 (10 Puekte) Warum wird die Induktionsspule über einen Kondensator mit dem Basisanschluss des Transistors verbunden? Auswertueg - Frage 5 (10 Puekte) Beschreibe, wie ein Nachweisgerät für magnetischen Elektrosmog prinzipiell aufgebaut werden könnte.