Was genau macht der Kondensator in dieser Schaltung?

Schaltung - (Elektronik, Elektrotechnik)

3 Antworten

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Der Kondensator wirkt als "Hochpass", d. h. er lässt hochfrequente Signale gut durch, sperrt aber Gleichspannungssignale. Da das aber den normalen Schulstoff übersteigt, muss ich wohl versuchen, das anders zu erklären.

Nehmen wir erstmal die Schaltung ohne Kondensator.

Wenn wir auf den linken Anschluss des Widerstandes die Spannung plötzlich von 0V auf +5V oder umgekehrt schalten, schaltet der Transistor nicht sofort durch bzw. sperrt nicht sofort, weil er eine gewisse Eigenkapazität hat, er kann also den alten Spannungszustand eine Weile halten. (Siehe RC-Glied)

Man kann es so ausdrücken, dass der Kondensator eine gewisse Ladung braucht, bis er reagiert.

Je höher der Widerstand, desto länger dauert es, bis genügend Ladung geflossen ist, um den Schaltzustand des Transistors zu ändern.

Nehmen wir jetzt den Kondensator dazu.

Ein Kondensator der Kapazität C hat bei der Spannung U die Ladung Q = C * U. "Ladung" bedeutet genaugenommen die Ladungsdifferenz zwischen den beiden Platten.

Der elektrische Strom ist die pro Zeiteinheit ausgetauschte Ladung, also I = dQ/dt.

Aus obiger Gleichung wird durch Zeitableitung

I = dQ/dt = C * dU/dt   (C ist ja konstant).

Wenn wir also den Strom an der linken Seite von Widerstand und Kondensator plötzlich umschalten, haben wir dort eine große Spannungsänderung pro Zeit. (Unendlich schnell geht es nicht, aber doch sehr schnell.) dU/dt am Kondensator ist also sehr groß.

Damit ist auch der Strom, der "durch" den Kondensator fließt, sehr groß. (Genau genommen, natürlich der Strom, der zur einen Platte hinfließt und sie positiver / weniger negativ macht, und der Strom, der von der andren Platte wegfließt, und sie negativer / weniger positiv macht.)

Durch diesen kurzzeitig hohen Strom kann auch der Transistor schnell umgeschaltet werden.

Wenn der Kondensator sich an die neue Spannung angepasst hat, fließt nur noch der Strom, den der Widerstand durchlässt - genauso wie vorher ohne Kondensator.

Wenn der Kondensator an den Transistor und den Widerstand angepasst ist, lässt er gerade so viel Ladung als Stromstoß durch, wie der Transistor zum Umschalten braucht, der Transistor wird dadurch also nicht überlastet.

Vielen Dank für deine Antwort. Bedeutet das nicht, wenn ich möchte das der Transistor wieder schließt, sprich ich gehe von 5V auf 0V bei der Basis, dass der Kondensator dann bis er einen Bestimmten wert erreicht die Spannungsdifferenz von ca. 0,7V von der Basis zum Emitor aufrecht hält und somit den Transistor mit Elektroden weiter speist. Dann würde ja der Transitor "langsam" die Sperschicht aufbauen. bin ich da richtig?

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@Trappa

Wenn der Transistor leitet und der Kondensator so weit geladen ist wie er sich in dieser Situation lädt, dann fließt durch den Widerstand ein kleiner Strom von links nach rechts (technische Stromrichtung). Damit ist das Potential an der linken Seite des Widerstandes größer als das an der rechten Seite des Widerstandes. Entsprechend natürlich auch beim Kondensator.

Wenn du jetzt die linke Seite von Kondensator und Widerstand plötzlich auf 0 V bringst, dann lädt der Kondensator sich nicht so schnell um und behält seine Spannungsdifferenz noch ein paar Sekundenbruchteile. Damit wird das Potential der rechten Seite des Kondensators (und damit der Basis des Transistors) sogar negativ, womit der Transistor erst recht sperrt. Erst allmählich geht das Potential dort wieder gegen 0.

Vom Standpunkt des Hochpasses aus sieht das so aus: Wenn wir an der linken Seite des Kondensators eine Weile lang dasselbe Potential halten, bedeutet das eine sehr niedrige Frequenz. Diese wird vom Kondensator gesperrt, d. h. rechts kriegt man nur das mit, was der Widerstand daraus macht. Wenn wir jetzt plötzlich auf der linken Seite umschalten, haben wir eine steile "Spannungsflanke", und das bedeutet, hochfrequent. Diese Spannungsflanke wird also fast unverändert nach rechts durchgereicht.

Dass der Transistor langsam umschaltet, liegt daran, dass er "parasitäre" Kapazitäten zwischen seinen Schichten, insbesondere Basis und Emitter, hat.

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Im Inneren des Transistors gibt es einen kleinen Kondensator zwischen Basis und Emitter. Mit dem Widerstand bildet sich ein RC-Glied, das einen Tiefpass für die Schaltflanken bildet. Mit dem zusätzlichen Kondensator wird die Flanke der Schaltimpulse verstärkt übertragen. Allerdings sind die Schaltzeiten für das Relais irrelevant, denn sie liegen im Bereich Mikrosekunden.

Beim Zuschalten des µC wirkt der Kondensator im ersten Moment wie ein Kurzschluß, so das der Transistor einen Stromimpuls bekommt und sofort durchschalten kann.

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