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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 16:43 Di 11.02.2014 | | Autor: | Paivren |
Hey Leute,
ich habe ein paar Verständnisschwieriegkeiten zum bipolaren (npn) Transistor.
Zuerst mal wäre da das ![[]](/images/popup.gif) Kennlinienfeld:
In der Ausgangskennlinie, im ersten Quadranten, ist der Kollektorstrom in Abhängigkeit der Kollektor-Spannung aufgetragen. Er steigt erst überproportional an und verläuft dann nahezu konstant.
1) Dass diese Kennlinie aus mehreren, beinahe horizontalen und parallelen Linien besteht, ist mir in gewisser Weise klar, das hängt ja damit zusammen, dass ich für die selbe Kollektorspannung bei unterschiedlichem Steuerstrom unterschiedliche Kollektorstromwerte bekommen kann.
Nur sieht es in diesem Kennlinienfeld so aus, als würde der Kollektorstrom nur diskrete Niveaus annehmen?
Es werden in der Abbildung zB. ja nur 5 purpurne Linien aufgetragen. Sind es eigentlich kontinuierliche, also unendlich viele verschiedene Niveaus?
2) In manchen Abbildungen verläuft der Kollektorstrom auf dem jeweiligen Niveau nahezu konstant (ab einer gewissen Kollektorspannung), in anderen Abbildung, wie in der, die ich gepostet habe, steigt er weiter schwach an.
Woran liegt das, bzw was hat es damit auf sich?
Gruß
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Hallo!
Es sind tatsächlich nur exemplarische Werte. Die unterste gut sichtbare purpurne Linie zeigt einen Kollektor-Strom von 5mA (positive y-Achse!), welcher bei einem Basisstrom (Steuerstrom) von 5µA (purpurne Zahlen rechts) bewirkt wird. Die nächste Linie zeigt etwa 10mA bei einem Steuerstrom von etwa 10µA.
Du hast hier also einen Stromverstärkungsfaktor von 1000.
Es handelt sich dabei um einen reinen Stromverstärkungs-Effekt, es ist egal, welche Spannung zwischen Kollektor und Emitter anliegt.
Allerdings kannst du den Steuerstrom nicht beliebig hoch wählen, denn irgendwann kommst du in den Sättigungsbereich, in dem der Transistor maximal leitfähig ist. Aber wie jedes andere Bauteil hat der Transistor immernoch einen ohmschen Widerstand, und das bedeutet: Je höher die angelegte Spannung (nach rechts), desto höher auch der Strom(nach oben)
Weil aber immer eine gewisse Mindestspannung erforderlich ist, um einen Strom durch den Transistor zu treiben, hast du niemals eine Grade durch den Ursprung, sondern die Kurve steigt anfangs erstmal an.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 20:29 Di 11.02.2014 | | Autor: | Paivren |
Hallo Event_Horizon,
danke Dir für die Antwort!
Kannst Du den zweiten Teil noch genauer erläutern?
> Allerdings kannst du den Steuerstrom nicht beliebig hoch
> wählen, denn irgendwann kommst du in den
> Sättigungsbereich, in dem der Transistor maximal
> leitfähig ist. Aber wie jedes andere Bauteil hat der
> Transistor immernoch einen ohmschen Widerstand, und das
> bedeutet: Je höher die angelegte Spannung (nach rechts),
> desto höher auch der Strom(nach oben)
Ich sehe bei den Kennlinien, dass die unterste, gut sichtbare Kennlinie ab einer bestimmten Spannung nahezu konstant verläuft. Aber die oberste der purpurnen Linien hat eine viel höhere Steigung.
Bei größerem Basisstrom ist der von Dir genannte Effekt dann wohl größer?
Gruß
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Hallo!
hmh, ich versuche grade, mal eine Analogie zu finden...
Angenommen, du hast einen Taxistand, und Leute, die von dort zum Bahnhof wollen. Die Fahrgäste stehen für die Elektronen, die durch die Basis fließen, die Taxis für die durch den Kollektor. Der Bahnhof wäre dann der Emitter. "Strom" ist in dem Sinne eine Anzahl pro Stunde.
Wenn pro Stunde ein Fahrgast auftaucht, wird pro Stunde genau ein Taxi den Bahnhof erreichen.
Wenn zwei Gäste pro Stunde auftauchen, sind es zwei Taxis.
Und so weiter
Es gibt also einen linearen Zusammenhang zwischen Anzahl der Fahrgäste am Taxistand und Anzahl der am Bahnhof ankommenden Taxis.
Dabei ist es völlig unerheblich, wie schnell die Taxis fahren! ( =Kollektor-Emitter-Spannung)
Die Anzahl der Taxis, die am Bahnhof ankommen, hängt alleine davon ab, wie viele Fahrgäste auftauchen.
Jetzt sind die olympischen Winterspiele zu ende, und zehntausende Leute wollen mit dem Taxi zum Bahnhof! Was passiert nun? Ein Taxi nach dem anderen fährt los, dicht an dicht drängen sie sich auf der Straße. Wieviele Taxis pro Stunde am Bahnhof ankommen, hängt nun nicht mehr davon ab, wieviele Fahrgäste auftauchen, denn der Taxistand ist völlig überlaufen. Vielmehr hängt die Zahl nur davon ab, wie schnell die Taxis fahren.
Wenn die Taxis einen Abstand von 10m zueinander halten, wird bei 36km/h (=10m/s) jede Sekunde ein Taxi den Bahnhof erreichen. Bei 72km/h sind es zwei Taxis pro Sekunde.
Nun gilt also höhere Geschwindigkeit -> mehr Taxis (mehr Spannung -> mehr Strom)
Ist es nu was klarer?
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 22:33 Di 11.02.2014 | | Autor: | Paivren |
Hallo nochmal,
vielen Dank für dein amüsantes Analogon, mal sehen, ob ich es richtig interpretiere^^"
Das bedeutet die Spannungsabhängigkeit erhöht sich mit dem Kollektorstrom (je mehr Autos auf der Straße sind, desto wichtiger ist es, wie schnell sie fahren).
Physikalisch ist der enge Verkehr also mit Elektronen zu vergleichen, die keinen "Platz" mehr haben --> mehr Widerstand macht sich bemerkbar.
Soweit richtig?
Angenommen, ich habe einen Basisstrom von 50µA (in der Abbildung die oberste pupurne Linie).
Dann könnte ich den Kollektorstrom nun weiter erhöhen, indem ich entweder die angelegte Spannung erhöhe ODER den Basisstrom weiter "aufdrehe", oder? Es gibt die beiden Möglichkeiten. Bei tieferen Basisströmen ist das nicht mehr der Fall, da die Spannungsabhängigkeit da (noch) nicht gegeben ist.
Gruß
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Hallo!
> Das bedeutet die Spannungsabhängigkeit erhöht sich mit
> dem Kollektorstrom (je mehr Autos auf der Straße sind,
> desto wichtiger ist es, wie schnell sie fahren).
Naja, der Kollektorstrom ist eine Folge des ganzen. Du meinst eher Basisstrom!
> Physikalisch ist der enge Verkehr also mit Elektronen zu
> vergleichen, die keinen "Platz" mehr haben --> mehr
> Widerstand macht sich bemerkbar.
> Soweit richtig?
>
> Angenommen, ich habe einen Basisstrom von 50µA (in der
> Abbildung die oberste pupurne Linie).
> Dann könnte ich den Kollektorstrom nun weiter erhöhen,
> indem ich entweder die angelegte Spannung erhöhe ODER den
> Basisstrom weiter "aufdrehe", oder? Es gibt die beiden
> Möglichkeiten. Bei tieferen Basisströmen ist das nicht
> mehr der Fall, da die Spannungsabhängigkeit da (noch)
> nicht gegeben ist.
Genau so ist es.
Zur Realität: Schau dir folgende Emitterschaltung an:
[Dateianhang nicht öffentlich]
Die Spannung [mm] U_R [/mm] , die über R1 abfällt, hängt vom Strom durch R1, und damit vom Strom durch den Kollektor ab.
Solange der Basisstrom sehr klein ist (10µA), hängt der Kollektorstrom, und damit [mm] U_R [/mm] einzig vom Basisstrom ab. Du kannst dabei sogar die Batteriespannung fast beliebig wählen.
Aber sobald der Basisstrom größer wird, hängt der Kollektorstrom von der Spannung [mm] U_{CE} [/mm] ab. Und weil [mm] U_{CE}=U_{Batt}-U_{R} [/mm] gilt, hängt das ganze plötzlich von der Batteriespannung ab. Außerdem führt ein hoher Kollektorstrom zu einer hohen Spannung [mm] U_R [/mm] , wodurch [mm] U_{CE} [/mm] kleiner wird, und damit der Kollektorstrom. Naja, das ist jetzt was holprig formuliert, aber du siehst schon, wenn die Kennlinie nicht mehr eine waagerechte Linie ist, verkompliziert sich alles.
Das bedeutet: Um den Transistor als einfachen Schalter zu verwenden, kannst du gerne einen Basisstrom von 50µA nehmen, damit wird er sehr leitfähig.
Aber wenn du den Transistor als Verstärker verwenden willst, sollte der Basisstrom nicht viel größer als 10µA sein, sonst verhält sich das ganze nicht mehr so schön linear.
Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: png) [nicht öffentlich]
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 10:58 Mi 12.02.2014 | | Autor: | Paivren |
Guten Morgen,
danke Dir für Deine ausführlichen Schilderungen, ich denke, es ist mir jetzt geläufiger :)
Gruß
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![[]](http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kombiniertes_Kennlinienfeld_Transistor_2.svg){kind=spacer}
Kennlinienfeld
