Frage von Firas2, 46

Ich hab irgendwo gelesen, dass Transistoren verstärken und die Funktion einer Diode hat. Stimmt das (mit der Diode)?

Ich weiß nicht mehr, wo ich das gelesen hab, also nicht Fragen...
Wenn ja, dann heißt das, dass Transistoren nur ab 0,7 V verstärken. Bitte sagt mir, dass das nicht stimmt. Danke

Expertenantwort
von PWolff, Community-Experte für Physik, 16

Bei Germaniumtransistoren liegt die Durchlasspannung der B-E-Diode bei ca. 0,3 V.

Aber weil Germanium in keiner Hinsicht so gut sperrt wie Silizium, hat ein Germanium-Transistor auch schon unterhalb dieser Schwelle einen messbaren Basisstrom und dürfte hier auch einen nachweisbaren, vom Basisstrom abhängigen Kollektorstrom haben.

Ansonsten hat PeterKremsner recht, besonders was Verstärkung von analogen Signalen betrifft.

Kommentar von PeterKremsner ,

Danke für die Ergänzung mit den Germaniumtransistoren, meine Antwort gilt natürlich nur für Siliziumtransistoren.

Antwort
von weckmannu, 5

Zwischen Basis und Emitter bzw. Kollektor wirken Transistoren wie Dioden.

Bei passender Beschaltung können Transistoren beliebige Spannungen zwischen 0V und der Durchbruch -Spannung zwischen Emitter und Kollektor verstärken.

Unter 0,7V verwendet man entweder eine negative Emitter -Spannung oder einen Trennkondensator im Eingang, um kleine Wechselspannungen zu verstärken.

Antwort
von PeterKremsner, 34

Natürlich stimmt das.

Ein Transistor ist im Prinzip 1 1/2 Dioden.

Also bei NPN eine N Schicht am Collector eine P Schicht an der Basis und eine N Schicht am Emitter.

Zwischen Basis und Emitter ist als eine Diode und die Leitet erst ab einer Spannung von 0.6V und auch nur positive Signale.

Darum gibts ja beim Transistorverstärker auch die sogenannte Basisvorspannung und den damit Verbunden Ruhestrom in der Collector Emitter Strecke.

Kommentar von Firas2 ,

Basisvorspannung? Ich glaube, dass man davon besser Verstärken kann, aber ich arbeite nicht mit sowas... Kannst du mir das genauer erklären? Das mit dem Ruhestrom auch bitte.

Danke

Kommentar von PeterKremsner ,

Die Basis Emitterdiode leitet erst ab 0.6V und auch nur positive Signale.

Wenn du jetzt also einen Transistor als Verstärker nutzt und ein Eingangsignal von 0-12V verstärken willst, dann wird der Verstärker nichts tun bis der Eingang ca 0.6V erreicht hat.

Damit du wirklich alles von 0-12V Verstärken kannst, wird an die Basis des Transistors eine Spannung von ca 0.6V angelegt.

Da du jetzt bei einem Eingangssignale von 0V bereits 0.6V an der Basis und der Transistor somit schon leitet, Verstärkt der Transistor auch Signale mit einer Amplitude von kleiner 0.6V was eben ohne die Vorspannung nicht möglich ist.

Wenn du ein Signal im Bereich -2 - 2V hast dann musst du auf der Basis eine Spannung von 2.6V in Ruhe anlegen, ansonsten werden, wie oben, nur Signale größer 0.6V verstärkt!

Das hat zur Folge dass du den gesamten Bereich von -2 - 0.6V nicht verstärken kannst.

Mit der Vorspannung von 2.6V hast du bei einem Eingangssignal von -2V immer noch die Spannung von 0.6V an der Basis und somit funktioniert dein Verstärker über den gesamten Bereich.

Kommentar von PeterKremsner ,

Nachtrag:

Der Ruhestrom ist der Strom der in der Collector Emitter Strecke aufgrund der Basisvorspannung fließt.

Wenn du die Basis des Transistors auf 2.6V legst, dann fließt durch die Collector Emitter Strecke schon ein Strom, auch wenn kein Signal am Eingang liegt und der Strom wird Ruhestrom genannt.

Kommentar von Firas2 ,

Danke :D

welchen Wiederstand brauche ich also, um (von einer 9V Batterie) die 0,6 Basisvorwärtsspannung zu erreichen? Es ist ja bei beiden eine Spannung. Wie soll das gehen?

Kommentar von PeterKremsner ,

Das kommt drauf an in welcher Schaltung du deinen Transistor schaltest, da gibt es Basis Emitter und Collectorschaltung.

Einen Überblick findest du hier:

https://de.wikipedia.org/wiki/Transistorgrundschaltungen

Generell ist es bei der Emitterschaltung so, dass du die Vorspannung mit einem Spannungsteiler erreichst.

Der Querstrom in diesem sollte 10mal der Basisstrom sein, dann ist das rechnen leichter ;)

Wir gehen von einer Stromverstärkung, des Transistors, von 300 aus wenn wir den Ruhestrom auf 10mA begrenzen wollen, werden wir also einen Basistrom von 10mA/300 = 33µA benötigen.

Wenn wir im Spannungsteiler also einen Querstrom von 1mA fließen lassen sind wir gut dabei.

Der Spannungsteiler sollte für rein positive Eingangspannungen eine Vorspannung von 0.8V erreichen. Bei 1mA folgt daraus, dass der untere Widerstand einen Wert von 800 Ohm haben muss, der obere Widerstand muss somit einen Spannungsabfall von 9-0.8V = 8.2V haben.

Nach dem Ohmschen Gesetz ist dieser also mit 8.2/1mA = 8,2 kOhm zu dimensionieren.

Die Basis braucht noch einen Vorwiderstand (wir machens jetzt mal ohne Stromgegenkopplung).

Die Basis hat einen  Spannungsabfall von 0.6V und bei 0.8V am Spannungsteiler macht das einen Spannungsabfall von 0.2V und bei einem Basisstrom von 33µA ergibt sich ein Wert von:

0.2V/33µA = 6060 also ca 6kOhm

Brauchen wir noch den Collectorwiderstand.

Wenn wir an unsere Schaltung eine Eingangsspannung von 0-5V geben wollen, dann bedeutet dass das der Verstärker bei 5V Eingangspannung noch nicht Sättigen darf.

Bei 5V Eingangsspannung ist die Spannung am Spannungsteiler 5.8V, daraus resultiert ein Basisstrom von:

5.8V/6kOhm = 966µA

Das Ergibt einen Collectorstrom von 966µA*300 = 290mA

Bei 290mA wollen wir also eine Spannung am Collector die größer als die Sättigungsspannung der Collector Emitterstrecke ist, die ist typischerweise bei 0.3V, wir nehmen hier jetzt 0.4V an.

Wir wollen als bei 290mA Collectorstrom eine Spannung von:

9-0.4 = 8.6V am Collectorwiderstand.

Damit ergibt sich:

8.6/290mA = 29,65 also ca 30 Ohm.

Die maximale Ausgangspannung haben wir beim Ruhestrom, der ist 10mA somit ist die Spannung:

9V - 10mA*30Ohm = 8.7V

Die Ausgangspannung bewegt sich also in einem Bereich von 0.4-8.7V bei einer Eingangsspannung von 0-5V.

Die Spannungsverstärkung ist bei dieser Rechnung zwar nicht sonderlich hoch, aber das war nur ein Beispiel, die Parameter musst du für deine Anwendung anpassen.

Und natürlich musst du auch alle Werte des Transistors durch die deinigen Ersetzen.

Hier ist noch die Berechnung eines Emitterverstärkers mit Stromgegenkopplung, die macht den Verstärker weniger Störanfällig für Temperatureinflüsse, die Verstärkung ist aber auch um einiges geringer.

http://elektroniktutor.de/analogverstaerker/verst_e.html

Die Kondensatoren die hier drinnen sind, nur für einen Wechselstromverstärker zu gebrauchen, wenn du Gleichspannung auch Verstärken willst lass sie weg, du musst allerdings aufpassen, dass sich dann durch die Signalquelle die Parameter ändern (Der Strom durch den Spannungsteiler ändert sich) und der Ausgang hat eine Mindestspannung von 0.4V (nach unserem Beispiel)

Btw das Signal hat eine Phasenverschiebung von 180 Grad vom Eingang zum Ausgang, wird also Invertiert!

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