Aufbau und Wirkungsweise

Präsentation zum Thema: "Aufbau und Wirkungsweise"—  Präsentation transkript:

1 Aufbau und Wirkungsweise
Bipolartransistoren Aufbau und Wirkungsweise

2 Aufbau und Wirkungsweise
Bipolartransistoren Aufbau und Wirkungsweise

3 Aufbau und Wirkungsweise
Bipolartransistoren Aufbau und Wirkungsweise

4 Aufbau und Wirkungsweise
Bipolartransistoren Aufbau und Wirkungsweise

5 Aufbau und Wirkungsweise
Bipolartransistoren Aufbau und Wirkungsweise

6 Aufbau und Wirkungsweise
Bipolartransistoren Aufbau und Wirkungsweise

7 Aufbau und Wirkungsweise
Bipolartransistoren Aufbau und Wirkungsweise 1. Ein pn-Übergang leitet, der andere sperrt

8 Aufbau und Wirkungsweise
Bipolartransistoren Aufbau und Wirkungsweise Ein pn-Übergang leitet, der andere sperrt Die p-Basis wird von Minoritätsladungsträgern (n) überschwemmt

9 Aufbau und Wirkungsweise
Bipolartransistoren Aufbau und Wirkungsweise Ein pn-Übergang leitet, der andere sperrt Die p-Basis wird von Minoritätsladungsträgern (n) überschwemmt Die Basis ist sehr dünn (10µm), die Elektronen gelangen zur Basis-Kollektor-Sperrschicht, bevor sie in der Basis rekombinieren

10 Aufbau und Wirkungsweise
Bipolartransistoren Aufbau und Wirkungsweise Ein pn-Übergang leitet, der andere sperrt Die p-Basis wird von Minoritätsladungsträgern (n) überschwemmt Die Basis ist sehr dünn (10µm), die Elektronen gelangen zur Basis-Kollektor-Sperrschicht, bevor sie in der Basis rekombinieren Für Elektronen (Minoritäts-LT!) ist diese Sperrschicht durchlässig, sie gelangen zum Kollektor – es fließt ein Kollektorstrom

11 Aufbau und Wirkungsweise
Bipolartransistoren Aufbau und Wirkungsweise Ein pn-Übergang leitet, der andere sperrt Die p-Basis wird von Minoritätsladungsträgern (n) überschwemmt Die Basis ist sehr dünn (10µm), die Elektronen gelangen zur Basis-Kollektor-Sperrschicht, bevor sie in der Basis rekombinieren Für Elektronen (Minoritäts-LT!) ist diese Sperrschicht durchlässig, sie gelangen zum Kollektor – es fließt ein Kollektorstrom Es ist nur ein kleiner Basisstrom nötig, um den np-Übergang zwischen Emitter und Basis in Durchlassrichtung zu erhalten

12 Aufbau und Wirkungsweise
Bipolartransistoren Aufbau und Wirkungsweise Ein pn-Übergang leitet, der andere sperrt Die p-Basis wird von Minoritätsladungsträgern (n) überschwemmt Die Basis ist sehr dünn (10µm), die Elektronen gelangen zur Basis-Kollektor-Sperrschicht, bevor sie in der Basis rekombinieren Für Elektronen (Minoritäts-LT!) ist diese Sperrschicht durchlässig, sie gelangen zum Kollektor – es fließt ein Kollektorstrom Es ist nur ein kleiner Basisstrom nötig, um den np-Übergang zwischen Emitter und Basis in Durchlassrichtung zu erhalten Ein kleiner Basisstrom steuert großen Kollektorstrom -> Verstärker!

13 Bipolartransistoren Grundschaltungen

14 Bipolartransistoren Grundschaltungen

15 Bipolartransistoren Grundschaltungen

16 Bipolartransistoren Ausgangskennlinie

17 Bipolartransistoren

18 Dimensionierung eines Kleinsignalverstärkers
Bipolartransistoren Dimensionierung eines Kleinsignalverstärkers

19 Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand
Bipolartransistoren Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand 1. Widerstandsgerade bestimmen

20 Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand
Bipolartransistoren Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand 1. Widerstandsgerade bestimmen 𝑈 𝐵 = 𝑅 𝐶 𝐼 𝐶 + 𝑈 𝐶𝐸

21 Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand
Bipolartransistoren Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand 1. Widerstandsgerade bestimmen 𝑈 𝐵 = 𝑅 𝐶 𝐼 𝐶 + 𝑈 𝐶𝐸 - Transistor sperrt 𝐼 𝐶 =0; 𝑈 𝐶𝐸 = 𝑈 𝐵

22 Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand
Bipolartransistoren Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand 1. Widerstandsgerade bestimmen 𝑈 𝐵 = 𝑅 𝐶 𝐼 𝐶 + 𝑈 𝐶𝐸 - Transistor sperrt 𝐼 𝐶 =0; 𝑈 𝐶𝐸 = 𝑈 𝐵

23 Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand
Bipolartransistoren Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand 1. Widerstandsgerade bestimmen 𝑈 𝐵 = 𝑅 𝐶 𝐼 𝐶 + 𝑈 𝐶𝐸 - Transistor sperrt 𝐼 𝐶 =0; 𝑈 𝐶𝐸 = 𝑈 𝐵 - evtl. fehlende PV -Kurve erzeugen

24 Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand
Bipolartransistoren Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand 1. Widerstandsgerade bestimmen 𝑈 𝐵 = 𝑅 𝐶 𝐼 𝐶 + 𝑈 𝐶𝐸 - Transistor sperrt 𝐼 𝐶 =0; 𝑈 𝐶𝐸 = 𝑈 𝐵 WG einzeichnen, PV tangierend ICmax= 360 mA

25 Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand
Bipolartransistoren Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand 2. Kollektorwiderstand berechnen 𝑅 𝐶 = 𝑈 𝐵 − 𝑈 𝐶𝐸𝑆 𝐼 𝐶 = 7,5𝑉−0,3𝑉 360𝑚𝐴 =20Ω

26 Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand
Bipolartransistoren Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand 2. Kollektorwiderstand berechnen 𝑅 𝐶 = 𝑈 𝐵 − 𝑈 𝐶𝐸𝑆 𝐼 𝐶 = 7,5𝑉−0,3𝑉 360𝑚𝐴 =20Ω 3. Arbeitspunkt festlegen etwa in die Mitte der Widerstandsgeraden 𝐼 𝐶 𝐴𝑃 =220𝑚𝐴; 𝑈 𝐶𝐸 𝐴𝑃 =3,2𝑉; 𝑈 𝐵𝐸 𝐴𝑃 =0,46𝑉

27 Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand
Bipolartransistoren Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand 4. Basisvorwiderstand berechnen 𝑅 𝐵 = 𝑈 𝐵 − 𝑈 𝐵𝐸 𝐴𝑃 𝐼 𝐵 𝐴𝑃 = 7,5𝑉−0,46𝑉 3𝑚𝐴 =2,5𝑘Ω

28 Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand
Bipolartransistoren Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand 5. Verstärkungsfaktoren bestimmen - dazu AP aussteuern,

29 Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand
Bipolartransistoren Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand 5. Verstärkungsfaktoren bestimmen - dazu AP aussteuern, - Spannungen und Ströme ablesen DIC= -140mA DIB= -2 mA; DUCE= 2,6 V; UBE= 0,05V

30 Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand
Bipolartransistoren Kleinsignalverstärker mit Basisvorwiderstand 5. Verstärkungsfaktoren bestimmen DIC= -140mA DIB= -2 mA; DUCE= 2,6 V; UBE= 0,05V 𝑉 𝑈 = Δ 𝑈 𝐶𝐸 Δ𝑈 𝐵𝐸 = 2,6𝑉 −0,05𝑉 =−52 𝑉 𝐼 =𝐵= Δ 𝐼 𝐶 Δ𝐼 𝐵 = −140𝑚𝐴 −2𝑚𝐴 =70

31 Bipolartransistoren Transistorschalter Relaisbetrieb
Relais geschlossen: Relais offen: 𝐼 𝐵 = 𝐼 ; 𝑈 𝐵𝐸 = 𝑈 𝑅 𝑅 =2Ω; 𝐼 𝐶 =0,5𝐴 𝐼 𝐵 =0; 𝑈 𝐵𝐸 =0

32 Bipolartransistoren Transistorschalter Relaisbetrieb
Relais geschlossen: Relais offen: 𝐼 𝐵 = 𝐼 ; 𝑈 𝐵𝐸 = 𝑈 𝑅 𝑅 =2Ω; 𝐼 𝐶 =0,5𝐴 𝐼 𝐵 =0; 𝑈 𝐵𝐸 =0 1. T sperrt, Relais offen 𝐼 𝐶 =0; 𝑈 𝐶𝐸 = 𝑈 𝐵

33 Bipolartransistoren Transistorschalter Relaisbetrieb
Relais geschlossen: Relais offen: 𝐼 𝐵 = 𝐼 ; 𝑈 𝐵𝐸 = 𝑈 𝑅 𝑅 =2Ω; 𝐼 𝐶 =0,5𝐴 𝐼 𝐵 =0; 𝑈 𝐵𝐸 =0 1. T sperrt, Relais offen 𝐼 𝐶 =0; 𝑈 𝐶𝐸 = 𝑈 𝐵 2. T leitet, Relais geschlossen 𝐼 𝐶 =0,5𝐴; 𝐼 𝐵 ≥8𝑚𝐴; 𝑈 𝐶𝐸𝑆 =0,2𝑉; 𝑈 𝐵𝐸 ≥0,6𝑉

34 Bipolartransistoren Transistorschalter Relaisbetrieb
Relais geschlossen: Relais offen: 𝐼 𝐵 = 𝐼 ; 𝑈 𝐵𝐸 = 𝑈 𝑅 𝑅 =2Ω; 𝐼 𝐶 =0,5𝐴 𝐼 𝐵 =0; 𝑈 𝐵𝐸 =0 1. T sperrt, Relais offen 𝐼 𝐶 =0; 𝑈 𝐶𝐸 = 𝑈 𝐵 2. T leitet, Relais geschlossen 𝐼 𝐶 =0,5𝐴; 𝐼 𝐵 ≥8𝑚𝐴; 𝑈 𝐶𝐸𝑆 =0,2𝑉; 𝑈 𝐵𝐸 ≥0,6𝑉 3. RC bestimmen 𝑅 𝐶 = 𝑈 𝐵 − 𝑈 𝐶𝐸𝑆 𝐼 𝐶 − 𝑅 𝑅 = 4,8𝑉 0,5𝐴 −2Ω=7,6Ω

35 Bipolartransistoren Transistorschalter Relaisbetrieb
Relais geschlossen: Relais offen: 𝐼 𝐵 = 𝐼 ; 𝑈 𝐵𝐸 = 𝑈 𝑅 𝑅 =2Ω; 𝐼 𝐶 =0,5𝐴 𝐼 𝐵 =0; 𝑈 𝐵𝐸 =0 Übersteuerung des Transistors 𝐼 =𝑚𝐼 𝐵 ; 2≤𝑚≤5 T leitet dadurch schneller

36 Bipolartransistoren Transistorschalter Relaisbetrieb 8V
Relais geschlossen: 8V Relais offen: 𝐼 𝐵 = 𝐼 ; 𝑈 𝐵𝐸 = 𝑈 𝑅 𝑅 =2Ω; 𝐼 𝐶 =0,5𝐴 𝐼 𝐵 =0; 𝑈 𝐵𝐸 =0 Übersteuerung des Transistors 𝐼 =𝑚𝐼 𝐵 ; 2≤𝑚≤5 T leitet dadurch schneller Höhere Betriebsspannung WG kann Verlustleistungshyperbel schneiden

37 Transistorlogik (DTL)
Bipolartransistoren Transistorlogik (DTL)

38 Transistorlogik (DTL)
Bipolartransistoren Transistorlogik (DTL)

39 Transistorlogik (DTL)
Bipolartransistoren Transistorlogik (DTL)

40 Transistorlogik (DTL)
Bipolartransistoren Transistorlogik (DTL) Diode vor T ist logisch unwirksam; sorgt dafür, dass nicht schon die Diodenflussspannung T öffnet.

41 Transistorlogik (TTL)
Bipolartransistoren Transistorlogik (TTL) T1 - Multiemittertransistor

42 Transistorlogik (TTL)
Bipolartransistoren Transistorlogik (TTL) T1 - Multiemittertransistor

43 Transistorlogik (TTL)
Bipolartransistoren Transistorlogik (TTL) T1 - Multiemittertransistor T2 - Treiberstufe

44 Transistorlogik (TTL)
Bipolartransistoren Transistorlogik (TTL) T1 - Multiemittertransistor T2 - Treiberstufe T3,T4 – Gegentaktendstufe (Verstärker)

45 Astabiler Multivibrator
Bipolartransistoren Astabiler Multivibrator Funktionsweise: T1 und T2 schalten sich wechselseitig ein (T leitet) und aus (T sperrt).

46 Astabiler Multivibrator
Bipolartransistoren Astabiler Multivibrator 1. Sei zu Beginn T1 gerade leitend. Dann hat der Ausgang UA1 tiefes Potential und die Basis von T2 ebenfalls. Somit sperrt T2 und der Ausgang UA2 hat hohes Potential.

47 Astabiler Multivibrator
Bipolartransistoren Astabiler Multivibrator 2. Über den Basisvorwiderstand RB2 wird der Kondensator C2 aufgeladen, die Spannung UBE2 steigt an.

48 Astabiler Multivibrator
Bipolartransistoren Astabiler Multivibrator Nach t2 = RB2 C2 ln2 folgt: 3. Bei UBE2 > 0,5V steuert T2 durch, die Spannung UA2 sinkt auf die Flussspannung UCES =0,2V, ebenso die Spannung UBE1. Folglich sperrt T1 und UA1 wird hohes Potential, weil der Kondensator C2 über RC1 aufgeladen wird.

49 Astabiler Multivibrator
Bipolartransistoren Astabiler Multivibrator 4. Über RB1 wird C1 aufgeladen, die Spannung UBE1 steigt an, bis nach der Haltezeit t1 = RB1 C1 ln2 der Transistor T1 leitend wird, somit T2 sperrt. Der Ausgang UA1 wird auf tiefes Potential gestellt, der Ausgang UA2 auf hohes Potential weil der Kondensator C1 über RC2 aufgeladen wird.

50 Astabiler Multivibrator
Bipolartransistoren Astabiler Multivibrator C1 = C2 = 35 nF; RB1 = ?; RB2 = ?; RC2 = ? 𝜏 1 = 𝑅 𝐵1 𝐶 1 ln 2 𝑅 𝐵1 = 𝜏 1 𝐶 1 ln 2 = 4,5 𝑚𝑠 35 𝑛𝐹 ln 2 =185 𝑘Ω 𝑅 𝐵2 = 𝜏 2 𝐶 2 ln 2 = 17 𝑚𝑠 35 𝑛𝐹 ln 2 =700 𝑘Ω t1 = 4,5 ms t2 = 17 ms

51 Astabiler Multivibrator
Bipolartransistoren Astabiler Multivibrator Spannungsanstieg UA2 wird durch Aufladen des Kondensators C1 über RC2 kontrolliert C1 = C2 = 35 nF; RC2 = ? 𝜏= 𝑅 𝐶2 𝐶 1 𝑈 𝐴2 𝑡 =Δ𝑈(1− 𝑒 − 𝑡 𝜏 )

52 Astabiler Multivibrator
Bipolartransistoren Astabiler Multivibrator Bestimmung der Zeitkonstante t : C1 = C2 = 35 nF; RC2 = ? 𝑈 𝐴2 𝜏 =Δ𝑈 1− 𝑒 −1 =0,63 Δ𝑈 𝜏= 𝑅 𝐶2 𝐶 1 𝑈 𝐴2 𝑡 =Δ𝑈(1− 𝑒 − 𝑡 𝜏 )

53 Astabiler Multivibrator
Bipolartransistoren Astabiler Multivibrator Bestimmung der Zeitkonstante t : C1 = C2 = 35 nF; RC2 = ? 𝑈 𝐴2 𝜏 =Δ𝑈 1− 𝑒 −1 =0,63 Δ𝑈 𝜏= 𝑅 𝐶2 𝐶 1 𝑈 𝐴2 𝑡 =Δ𝑈(1− 𝑒 − 𝑡 𝜏 ) Ablesen des Zeitintervalls t = 0,12ms 𝑅 𝐶2 = 𝜏 𝐶 1 = 0,12𝑚𝑠 35𝑛𝐹 =3,4𝑘Ω