Versuchsanleitung - Universität Paderborn

Universität Paderborn – Fakultät für Naturwissenschaften - Physikalisches Praktikum
E 21 Transistor als Schalter
Hinweise:
1. Um die Arbeit des Schaltungsaufbaus zu beschleunigen und übersichtlich zu gestalten, sollten Sie sich schon vorher auf dem Layout für das
Steckbrett das Verbindungsschema aufzeichnen.
2. In diesem Versuch werden Leuchtdioden
(LEDs) als „Verbraucher“ benutzt, um den
Schaltzustand des Transistors anzuzeigen.
Leuchtdioden sind mit normalen Dioden, die in
Durchlassrichtung betrieben werden, vergleichbar. Die mittlere Durchlass-Spannung beträgt bei
den hier verwendeten Typen zwischen 1,4 V und
1,7 V (zur Berechnung nehmen Sie 1,5 V an).
Auswertung :
a) Schätzen Sie für den Arbeitspunkt UA = 2,5V
die Stromverstärkung des Transistors ab.
b) Wie ist in der Durchführung das negative
Vorzeichen des Basisstroms bei a) und den ersten Messungen von b) zu deuten ?
A: Die statische Schaltstufe
Vorbereitung :
Berechnen Sie für US = 6,5V und IC = 5 mA
den Widerstand RC.
Durchführung
Durchführung:
a) Legen Sie eine Eingangsspannung von UEin =
Us an. Stellen Sie den Dekadenwiderstand R1
auf 0 Ω ein und messen Sie den Basisstrom und
die Spannung am Ausgang.
b) Erhöhen Sie den Dekadenwiderstand R1 von
1,5 kΩ ausgehend in 100 Ω-Schritten solange,
bis der Transistor eben leitend wird (UA= 2,5V)
und messen Sie jeweils IB und UA.
c) Erhöhen Sie den Dekadenwiderstand R1 weiter, bis ein Basisstrom fließt, der ca. 10 mal so
groß ist, wie er nach Teil b) war. Messen Sie zu
den Basisströmen jeweils die Sättigungsspannung UCE sat am Ausgang und zeichnen Sie ein
Diagramm des gesamten Verlaufs UCE = f(IB).
d) Tauschen Sie jetzt die Dekade gegen einen
gleich großen Festwiderstand R1 aus und entfernen Sie das DMM zur Messung des Basisstroms.
Damit haben Sie eine invertierende Schaltstufe,
die Sie im Versuchsteil C weiterverwenden können.
B: Die dynamische Schaltstufe
Vorbereitung : Berechnen Sie für US = 6,5 V
und IC = 5 mA den Widerstand RC , sowie mit
einer Sperrzeit von t ≈ 2 s den Kondensator C .
Wählen Sie dazu RB = 47 k Ω .
Lassen Sie die statische Schaltstufe aus Teil A
aufgebaut und bauen Sie die Schaltung B daneben auf dem Steckbrett auf.
Legen Sie an den Eingang E die Betriebsspannung US und beschreiben Sie den Zustand der
Schaltstufe. Legen Sie dann den Eingang auf ein
Potential von 0 V. Wie reagiert die Schaltstufe
nun und welche Spannungen können jetzt am
Ausgang abgegriffen werden?
Auswertung:
Beschreiben Sie den Spannungsverlauf an der
Basis des Transistors nach dem Anlegen von 0 V
an den Eingang mit Worten und einem Diagramm von UA = f(t).
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E 21 Transistor als Schalter
C: Die monostabile Kippstufe
a) Verbinden Sie die statische Schaltstufe (Teilversuch A) und die dynamische Schaltstufe
(Teilversuch B) zu einer monostabilen Kippstufe, indem Sie jeweils den Eingang der einen Stufe mit dem Ausgang der anderen Stufe verbinden.
b) Geben Sie auf E1 durch kurzes Antippen des
0 V-Potentials einen Impuls. Wie reagiert die
Schaltung?
Auswertung :
a) Zeichnen Sie den Spannungsverlauf an Basis
und Kollektor beider Transistoren und geben Sie
an, wann jeweils welche Leuchtdiode eingeschaltet ist.
b) Warum steigt die Spannung an den Basen
nicht geradlinig, sondern in einer Kurve an?
Literatur. [Wa], [BS], [TS]
Version 10-11-2009
c) Lassen Sie die Funktion der Schaltung durch
den Betreuer überprüfen.
Frage:
Warum wird im Gegensatz zu Teilversuch B hier nur ein kurzer 0 V-Impuls benötigt?
Analysieren und beschreiben Sie das Verhalten
der Schaltung.
D: Die astabile Kippstufe
Durchführung :
a) Bauen Sie von den beiden Schaltstufen aus
Versuch C (mit der Sperrzeit t1 = 2 s) die statische Stufe zu einer dynamischen Stufe, deren
Sperrzeit t2 = 4 s beträgt, um. Dabei sei
RB2 = RB1. Welcher Kondensator wird für diese
Stufe benötigt? Beobachten Sie die Vorgänge bei
dieser astabilen Kippstufe!
b) Lassen Sie die Funktion der Schaltung durch
den Betreuer überprüfen.
c) Ersetzen Sie die zeitbestimmenden Kondensatoren durch solche, die Sperrzeiten von
t1 = 1 ms und t2 = 2 ms verursachen. Messen Sie
die Spannungsverläufe an Basis und Kollektor
beider Transistoren mit dem Oszilloskop.
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E 21 Transistor als Schalter
Versuchsschaltungen:
Anmerkung für alle Teilversuche:
Stellen Sie die Strombegrenzung des Speisegerätes auf 50 mA ein !
(A)
(B)
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(C)
(D)