In diesem Versuch wurde eine Transistorschaltung auf ihre technischen Eigenschaften untersucht wie die Verstärkung, Linearität und Kurzschlussstromverstärkung. Dann wurde ein Transistor als Schalter eingesetzt und die Schaltzeiten bestimmt
Inhaltsverzeichnis
1. Elektronenleitung im Bändermodell
2. Halbleiter
3. Diode
4. Transistor
4.a. Kennlinien eines Transistors
4.b. Spannungsverstärkung und Stromgegenkopplung
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht das physikalische Verhalten von Transistorverstärkern und deren Anwendung als digitale Bauelemente, wobei der Fokus auf der Analyse von Kennlinien, Verstärkungsfaktoren und dem Schaltverhalten liegt.
- Grundlagen der Elektronenleitung und Halbleiterphysik
- Aufbau und Funktionsweise von Dioden und Transistoren
- Bestimmung von Verstärkungsfaktoren und Eingangswiderständen
- Analyse der Signalverarbeitung und Schaltzeiten
Auszug aus dem Buch
4. Transistor
Wir betrachten nun einen sogenannten Transistor, der aus zwei Dioden besteht, die sich ein Ende teilen. Es gibt npn- und pnp-Transistoren. Wir betrachten im Folgenden npn-Transistoren, da sich pnp-Transistoren in ihrer Funktionsweise lediglich in der Stromrichtung unterscheiden (und dadurch auch im Aufbau von Schaltungen mit Transistoren).
Gezeigt ist ein Transistor, der in Arbeitsrichtung geschaltet ist. Als Arbeitsrichtung bezeichnen wir die Richtung, in der er nicht sperrt. Die prinzipielle Funktionsweise eines Transistors ist es, Strom und Spannung zu verstärken. Wir sehen, dass der Emitter und die Basis eine Diode bilden, die in Arbeitsrichtung geschaltet ist. Durch sie fließt der Strom IB. Wir sehen aber auch, dass die Elektronen des Kollektors an den äußeren Rand gezogen werden, so dass zwischen Kollektor und Basis eine Sperrschicht entsteht. Vergrößert man nun die Spannung zwischen Kollektor und Emitter, so vergrößert sich der Einfluss des Pluspols am Emitter. Dadurch, dass die p-Schicht sehr dünn ist und die Kollektorspannung größer ist als die Basisspannung, sorgen wir dafür, dass 99% des Stroms durch den Kollektor fließt und nicht durch die Basis zurück zum Emitter. Wir nennen diesen Strom den Kollektorstrom IC. An dem Widerstand RC fällt eine Spannung ab, die wir als UC bezeichnen. Wir können nun die Spannung UCE, die zwischen Emitter und Kollektor liegt, ermitteln. Es gilt UCE = UBatt + UC.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Elektronenleitung im Bändermodell: Erläutert die Grundlagen der Leitfähigkeit von Stoffen basierend auf der Energieverteilung der Elektronen in Valenz- und Leitungsbändern.
2. Halbleiter: Beschreibt das Verhalten von Halbleitermaterialien, deren Dotierung und die temperaturabhängige Leitfähigkeit.
3. Diode: Behandelt den PN-Übergang und das Sperrverhalten von Dioden bei Anlegen einer elektrischen Spannung.
4. Transistor: Untersucht die Verstärkerwirkung und das Schaltverhalten von Transistoren sowie die experimentelle Bestimmung ihrer Kennlinien.
Schlüsselwörter
Transistor, Halbleiter, Bändermodell, Diode, Stromverstärkung, Kennlinie, Sperrschicht, Emitter, Kollektor, Basis, Dotierung, Spannungsverstärkung, Schaltzeit, Signalverarbeitung, Elektrotechnik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der physikalischen Untersuchung und messtechnischen Erfassung von Halbleiterbauelementen, speziell Dioden und Transistoren, in verschiedenen Schaltkonfigurationen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen umfassen die Halbleiterphysik, die Kennlinienanalyse von Transistoren, die Spannungsverstärkung mittels Gegenkopplung und das Verhalten im digitalen Schaltbetrieb.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die experimentelle Bestimmung von Transistorkennwerten, die Berechnung von Verstärkungsfaktoren sowie die Untersuchung der frequenzabhängigen Signalverarbeitung.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine experimentelle physikalische Methode angewandt, bei der durch gezielte Ansteuerung und Messung von Spannungen und Strömen die Kenngrößen der Bauelemente ermittelt und grafisch ausgewertet werden.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden der theoretische Aufbau von Transistoren, die Herleitung von Formeln zur Spannungsverstärkung, die Messung des Eingangswiderstands und die Analyse von Schaltzeiten detailliert dokumentiert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird primär durch Begriffe wie Transistor, Halbleiter, Verstärkung, Kennlinie und Dotierung charakterisiert.
Wie wirkt sich die Stromgegenkopplung auf den Verstärker aus?
Die Stromgegenkopplung dient der Stabilisierung der Verstärkung gegenüber Temperaturschwankungen, wobei ein Emitterwiderstand eingeführt wird, um die Abhängigkeit der Verstärkung von Halbleitereigenschaften zu reduzieren.
Warum konnte der Teil zur Signalverarbeitung nicht vollständig durchgeführt werden?
Der Teil zur Signalverarbeitung konnte aufgrund eines Defekts an der Schaltplatte am Tag der Versuchsdurchführung nicht wie geplant umgesetzt werden.
Wie wird die Linearität des Transistors geprüft?
Die Linearität wird geprüft, indem die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung bei festen Frequenzen aufgetragen wird; eine Gerade deutet dabei auf lineares Verstärkerverhalten hin.
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- Jan Sauer (Author), 2007, Praktikumsauswertung zu Transistorverstärkern und digitalen Bauelementen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/173339
