Lösungen zu einfachen Transistorschaltungen

Elektronik
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Aufgaben zu einstufigen Transistorschaltungen
1. Wie heißen die drei Anschlüsse eines Transistors ?
Basis, Emitter und Kollektor
2. Wann schaltet ein Transistor durch, und wann sperrt er ? ( npn-Typ)
Wenn, die Spannung zwischen Basis und Emitter größer als 0,7 V ist, schaltet die EmitterKollektor-Strecke durch-wie ein geschlossener Schalter.
3. Was ist eine Spannungsteiler - Schaltung?
Zwei Widerstände in Reihenschaltung bilden eine Spannungsteiler-Schaltung. Die
Spannungen teilen sich im gleichen Verhältnis wie die Widerstände auf.
4. Welches qualitative Gesetz gilt am Spannungsteiler für die Teil-Spannungen ?
Am größeren Widerstand liegt auch die größere Spannung. Genauer : Die Spannungen teilen
sich im gleichen Verhältnis wie die Widerstände auf.
5. Wie verändert sich der Widerstandwert eines
Fotowiderstands ?
Bei stärkerer Beleuchtung sinkt der Widerstand.
6. In der nebenstehenden Schaltung leuchtet auch bei
guter Verdunkelung des LDR das Lämpchen nicht.
Muss dann der Widerstand R vergrößert oder
verkleinert werden ?
Dann ist die Basis-Emitter-Spannung unter 0,7V. Damit
sie ansteigt, muss R verkleinert werden. Allerdings muss
auch auf die Basis-Stromstärke geachtet werden. Braucht
das Lämpchen zum Leuchten 200mA, so muss bei einer
Stromverstärkung von 100 mindestens eine BasisStromstärke von 2mA vorliegen.
7. Wie verändert sich der Wert eines NTC mit der Temperatur ?
Bei höherer Temperatur sinkt sein Widerstand.
8. In der nebenstehenden Schaltung soll bei
Verdunklung des LDR das Lämpchen leuchten.
Wo muss der LDR angebracht werden ?
Wie in der Schaltung darüber. Soll bei Beleuchtung des
LDR das Lämpchen leuchten, so müssen R und LDR
vertauscht werden. (R muss im Wert natürlich angepasst
werden.)
9. Der LDR hat im beleuchteten Zustand einen
Widerstand von 1000 W und im abgedunkelten
Zustand einen Widerstand von 4000 W . Die
Spannung beträgt 5V. Im hellen Zustand soll die
Spannung zwischen Basis und Emitter 0,5 V
betragen (dann sperrt der Transistor). Wie groß
muss der 2. Widerstand am Spannungsteiler sein ?
Die Spannungen teilen sich im gleichen Verhältnis wie die Widerstände
U
R
U
4,5V
1000  9000  9k 
auf. 1  1  R1  1 R2 
U 2 R2
U2
0,5V
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Aufgaben zu einstufigen Transistorschaltungen
10. Wie kann man testen, ob ein Transistor noch richtig funktioniert
? (npn-Typ)
Man benutzt eine LED mit Vorwiderstand, die am Kollektor
angeschlossen wird. Und verbindet die Basis mit den Fingern nach
Plus. Die LED sollte dann schwach leuchten. Mit feuchten Fingern
ist das Leuchten stärker zu erkennen.
11. Warum kann man beim Transistortest die LED nicht durch ein
Lämpchen ersetzen ?
Durch die Finger fließt wegen des großen Widerstands
nur eine Stromstärke von einigen µA. Bei einer
Stromverstärkung des Transistors von 200, reicht dies in
der Regel nicht, um die Kollektorstromstärke von 150 bis
200mA zu generieren.
12. In der nebenstehenden Schaltung soll bei zu großer
Temperatur ein Lämpchen eingeschaltet werden.
Welche Bauteile brauchst du dazu und wie werden
sie geschaltet ?
Ein NTC wird in die Lücke unten und ein passender
Widerstand in die Lück oben geschaltet. Statt des
Widerstands kann man natürlich auch ein als
verstellbarer Widerstand geschaltetes Potentiometer
benutzen.
13. Ein NTC hat bei Zimmertemperatur einen Widerstand von 1 kW. . Er soll in einer
Transistorstufe zwischen Basis und Emitter geschaltet werden. Die Spannung beträgt 5 V.
Die Spannung zwischen Basis und Emitter soll 0,5 V betragen.
a) Wie groß muss der zweite Widerstand sein ?
b) Sperrt der Transistor in diesem Fall ?
c) Was geschieht, wenn die Temperatur ansteigt ?
d) Was geschieht, wenn die Temperatur fällt ?
Siehe Aufgabe 9. Da die Basis-Emitter-Spannung unter 0,7 V ist, sperrt der Transistor. Wenn
die Temperatursteigt, wird der Widerstandswert des NTC kleiner und die Spannung sinkt
weiter. Der Transistor sperrt also weiter. Sinkt die Temperatur, so steigt der Widerstand am
NTC an. Damit steigt auch die Spannung am NTC. Steigt sie über 0,7 V, so schaltet der
Transistor durch. (In der Regel ist die Widerstands-Änderung aber nicht so stark, so dass
man mit einer einfachen Transistorschaltstufe nur bei großen Temperaturänderungen ein
Umschalten herbeiführen kann.
14. Wenn bei der nebenstehenden Schaltung die beiden
Seiten der Sensortaste mit den Fingern überbrückt
werden, zeigt der Strommesser zwar eine Stromstärke
von 70 mA an, das Lämpchen leuchtet aber nicht.
a) Was ist der Grund ?
b) Durch welches zusätzliche Bauteil kann man dafür
sorgen, dass beim Betätigen der Sensortaste das
Lämpchen hell leuchtet ?
Die Basis-Stromstärke ist zu gering. Ein Lämpchen
benötigt zum Leuchten etwa 100mA – 200mA. Wegen der
geringen Basis-Stromstärke ist auch die KollektorStromstärke gering ( I K  S  I B ) Die Stromverstärkung S
ist bei unseren Transistoren bei 100-200.
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Aufgaben zu einstufigen Transistorschaltungen
15. Paul Schlaumeier hat die Alarmschleifenschaltung so abgeändert, dass der Widerstand
zwischen + und Basis nun 1 Megaohm (1 MW)
beträgt. Er hat bemerkt, dass bei einer Spannung von 9
V über den Widerstand con 27 kW ein kleiner Strom
fließt, der die Batterie langsam entlädt.
Der Transistor hat eine Stromverstärkung von etwa
100
a) Wie groß ist die Stromstärke mit dem 27 kW –
Widerstand ?
b) Wie groß ist die Stromstärke mit dem 1 MW –
Widerstand ?
c) Auf der Batterie steht die Speicher-Kapazität von
140 mAh. Wie lange dauert es in den beiden Fällen a und b bis die Batterie leer ist ?
d) Testet er die Schaltung, so leuchtet die Leuchtdiode nicht mehr, wenn der Alarmdraht
unterbrochen wird. Was ist der Grund ?
U
8,3V
I 
 0,3mA Bem.: Zwischen Basis und Emitter liegen 0,7V also liegen am
R 27000
Widerstand nicht die ganzen 9V, sondern nur 8,3V.
U
8,3V
I 
 8,3 106 A  0, 0083mA
R 1 000 000 
Im einen Fall sind dies etwa 467 Stunden, im anderen Fall etwa 16868 Stunden.
Wenn die Schaltung getestet wird, so ergibt sich nur ein Kollektorstrom von
100*0,0083mA=0,83mA. Dies ist aber zu wenig, um eine LED richtig leuchten zu lassen. Die
Stromstärke sollte zwischen 10 und 20 mA liegen.
16. Bei der Zeitverzögerungsschaltung braucht Paul Schlaumeier eine lange Schaltzeit.
Außerdem möchte er die Leuchtdiode durch ein
Relais ersetzen und damit eine helle 12 V
Halogenlampe schalten. Also sagt er sich : „Die
Einschaltzeit verlängert sich, wenn der Widerstand
vergrößert wird. Dann kann weniger Strom abfließen
und damit dauert es länger, bis der Kondensator
entladen ist. Er wechselt den 27 kW – Widerstand
durch einen 1 MW – Widerstand aus. Nach dem
Drücken des Tasters leuchtet aber die LED nicht
mehr. Ein Relais an der Stelle der LED schaltet natürlich auch nicht mehr.
a) Was ist der Grund für die Fehlfunktion ?
b) Das Relais braucht mindestens 100 mA, damit es sauber schaltet. Die Schaltung wird
mit einer 9 V Batterie betrieben. Der Verstärkungsfaktor des Transistors ist 100. Wie
groß darf der Widerstand an der Basis höchstens sein, damit die Schaltung wenigstens
kurzzeitig funktioniert.
Es ist der gleiche Grund, wie bei Aufgabe 15. Die höchste Basisstromstärke beträgt
0,0083mA. Dies reicht nicht für eine LED und erst recht nicht für ein Relais. Wenn das Relais
mit einer Stromstärke von 100mA schaltet, die Stromverstärkung 100 beträgt, so muss die
U
8,3V
Basis-Stromstärke mindestens 1mA sein. R  
 8300 Der Widerstand darf also
I 0, 001A
nicht größer als etwa 8kΩ sein. Längere Schaltzeiten müssen dann über größere Kapazitäten
realisiert werden. Oder man benutzt eine Darlington-Schaltung, die eine größere
Stromverstärkung besitzt.