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--- elektronische_schaltungstechnik:2_transistoren [2022/05/10 15:33]
tfischer
+++ elektronische_schaltungstechnik:2_transistoren [2023/09/19 23:09] (aktuell)
mexleadmin
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-====== 2. Dioden und Transistoren ======
+====== 2 Dioden und Transistoren ======
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 <callout type="info" icon="true">
 === Einführendes Beispiel===
 Die Elektronik in PCs, Mobiltelefonen, elektrischen Zahnbürsten und wie allen anderen digitalen Begleitern basiert auf Transitorschaltungen (vgl. [[grundlagen_der_digitaltechnik:im Herzen eines Computers]]). In [[:Grundlagen der Digitaltechnik:start]] wurde bereits erläutert, dass alle logischen Schaltungen über konjunktive und disjunktive Normalform auf NAND bzw. NOR Gatter zurückgeführt werden kann. Diese wiederum bestehen aus Transistoren. In der unten stehenden Simulation ist die Struktur eines NAND-Gatters in der aktuellen CMOS-Struktur dargestellt. CMOS deutet hierbei auf die Struktur der Schaltung und der Halbleiter Struktur hin: **C**omplementary **m**etal-**o**xide-**s**emiconductor - eine gegensätzlich ergänzende Schaltung aus Halbleitern der Struktur Metall-Oxid-Halbleiter.
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+==== Rückkoppelschaltungen mit Transistoren ====
+Mit zwei Transistoren kann eine sogenannte **Astabile Kippstufe** erstellt werden (siehe folgende Schaltung). Bei dieser sind zunächst beide Kondensatoren entladen. Um die Schaltung zu verstehen wurde durch den offenen Schalter $S$ die Kopplung beider Teile der Schaltung getrennt. Wird nun die Simulation gestartet, so geschieht diese Abfolge:
+  - Es fließt ein Basis-Strom $I_B$ über $Q1$, da $U_{BE}$ im Bereich $0.6V$ liegt.
+  - Damit wird $C2$ auf ca. $5V-0.6V$ aufgeladen.
+  - In dieser Situation nähert sich die Spannung am Knoten $K2$ $5V$ und am Knoten $K1$ $0V$.
+  - $C1$ ist damit auf $5V$ aufgeladen.
+Wird nun der Schalter $S$, dann stellt der Kondensator $C1$ Strom für die Basis von $Q2$ bereit. Damit schaltet $Q2$ durch, womit die Spannung in Knoten $K2$ abrupt fällt. Durch den aufgeladene Kondensator $C2$ wird damit auch die Spannung an der Basis von $Q1$ nach unten gezogen, womit der Transistor $Q1$ öffnet. Damit sind nun die Situationen 1. und 2. in der obigen Abfolge für den Transistor $Q2$ wahr. D.h. die Situation hat sich gerade umgedreht. Da jeweils durch den durchgeschalteten Transistor dessen Kondensator an der Basis entladen wird und der entgegengesetzte aufgeladen wird, wechseln sich die Transistoren beim Durchschalten ab.
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+{{url>https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?running=false&ctz=CQAgjCAMB0l3BWEAOaAmZYCcB2BzkcBmLUhJBSECqhAUwFowwAoAJ3DDRCwDZPuYHPypEikdiDSRkPftNlCR4SNMkZZfKQXDCoKtRyLIALHJDGzS-UTUBjAbvkyn+mPEhhZ7z1FieWB0tXDVcqHzgvP0jogIB3C1NXYLQTcJYAF21ZNAR+FLz9CHCVKgATOgAzAEMAVwAbDJYE1KoFbKlCiRada3bckUypFwHHUapiorgQCpqGpoTmQT0lqTSoFgAlRy1Vk299daQSmAQWAHMxnEEuC0gzdMuU68SzcQeNgA9wBCwpW6EfzQYCQVn4AGFWN8iEJ-kQLEQcP9+GCQOC0CxvsgkGheBNIPJePDUQBFKEWLBtX4gEzMKS8bikjFpeHYbj9VJrEpYAD6Ax5kB5tNUPLA6AQAugYB5TD5PN5RBYLKkL3a7y5+mQfLyAqFYBFMBhuUlJhl0rQPK1iuVtgmGAsCEEeP0Eq4WsFwotEpgptlXp51sgrJMVnt1jAzqoprdus9PO9UrNctNiu27S07X2bhptGzpy2HQzOizJSOeegZ22wS0wRLh1zJwrLAAzsNFHpWm2iiAavVm3RMVJxLogesvIzwPwAMqDnBI5hIZgTKKozZi8lCG5maSL2GrsUY765G447GcWSrtDoQdEEx-ZhvZA3JGXqWD-Wss9cCBeC9rEAAPI3jgVhJCQgiEDS-5Ad8c7gGeuzFpOIAANLkiQ86YDSEbwWYqIoRiAD2KggLwZgopApAoNApiUQgRrSHehDeP4vhtCASK8CwxF-GR9ZUVexywLk4BSDwFgsEAA 800,500 noborder}}
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+Diese eher abstrakte Schaltung hat diverse Anwendungen. Eine besondere ist in der folgenden Simulation dargestellt und wird gelegentlich im Internet referenziert (z.B. auf [[https://www.mikrocontroller.net/topic/325889|Mikrocontroller.net]]. Hierbei handelt es sich um eine Schaltung, mit welcher per Ultraschallsender und -empfänger der Abstand zu einem Ultraschall-reflektierenden Gegenstand ermittelt werden kann. Auf der linken Seite ist der Ultraschall-Empfänger zu sehen, welcher über einen Schwingkreis repräsentiert werden kann. Gleiches gilt für den Empfänger auf der rechten Seite. Beide Transistoren sind durch einen Kondensator verbunden, dessen eines Potential über ein Potentiometer eingestellt werden kann (siehe auch Slider "Spannungsteiler"). Zunächst scheint die Schaltung nicht vollständig mit der obigen Schaltung übereinzustimmen. Jedoch gibt der Sender auch Energie an den Empfänger und koppelt so mit diesem. Damit wirkt auch wieder eine Gegenkopplung - in der Simulation kann über das Schließen des Schalters $S$ die Kopplung aktiviert werden.
+Hinweis: Die Kopplung über Luft, Sender und Empfänger sind nur rudimentär umgesetzt (speziell die Übertragung, Dämpfung und die Impedanzen von Sender und Empfänger).
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+{{url>https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?running=false&ctz=CQAgjCBMCmC0Ac4AMA6SSmQOxYMxPkgDYBOErEAViSpABZcq4wwAoAFxBKKgPCJrpENCDREYQAZwAOASwDGcACbQAZgEMArgBt2rAO78RAo+BKQQSA6bAnupq-K48hzqHTFQ0GH77+44EksULAtUUNYAczdsC3tIeGFLKNNISDpUxMtkgCVTe1saIgzPD1pPVEpWACcYvgKTGlwSH1YwLAzCtzBzcDpOqGoJVDSEv3GkRgBlaXUAOznNOcjJdmhZbWhq1icei1d0wT5BbwnxmAQQXBRcCmvbjncjxASX4-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 800,500 noborder}}
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 ===== Weiterführendes =====
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 Neben den IGBTs kommen mit neuen Materialien wie {{wpde>Galliumnitrid#Einsatzgebiete|GalliumNitrid}} und {{wpde>Siliciumcarbid#Halbleitermaterial|Siliciumcarbid}} auch neue Komponenten in den Fokus. Dabei wird der MOSFET zum {{wpde>Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistor}} (MESFET) abgewandelt: Bei diesem wird ein leitfähiger Bereich (Kanal) durch eine Sperrschicht eingeschnürt. Die Sperrschicht entsteht hier direkt durch Kontakt des metallischen Gate Anschlusses mit dem Halbleiter. Der Kontakt entspricht gerade einer Schottky-Diode. In der Praxis wird das Konzept zum {{wpde>High-electron-mobility transistor}} weiterentwickelt, da diese sowohl hohe Spannungsfestigkeit, als auch hohe Stromtragfähigkeit versprechen.
-==== Rückkoppelschaltungen mit Transistoren ====
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-</WRAP>
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 </WRAP></WRAP></panel>
+<wrap #EST_Aufgabe2104 />
 <panel type="info" title="Aufgabe 2.10.4: Einfacher Temperaturdetektor"> <WRAP group><WRAP column 2%>{{fa>pencil?32}}</WRAP><WRAP column 92%>
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 {{elektronische_schaltungstechnik:transistor_frage.png}}
-<quizlib id="quiz" rightanswers="[['a2'],['a1','a2'], ['a1']]" submit="Antworten überprüfen">
+<quizlib id="quiz" rightanswers="[['a2'],['a1','a2'], ['a0','a1']]" submit="Antworten überprüfen">
 <question title="Welche der folgenden Aussage(n) ist/sind mit Blick auf das Bild oben richtig?" type="checkbox">
-Der Transistor hat intern eine npn-Struktur|
+Der Transistor hat intern eine npn-Struktur.|
-Der Kollektoranschluss ist unten|
+Der Kollektoranschluss ist unten.|
-Es handelt sich um einen Bipolartransistor|
+Es handelt sich um einen Bipolartransistor.|
-Um I_C fließen zu lassen, muss die  Spannung U_BE positiv werden
+Um I_C fließen zu lassen, muss die  Spannung U_BE positiv werden.
 </question>
 <question title="Welche Aussage(n) zur Bipolartransistoren ist/sind korrekt?" type="checkbox">
-Der Strom I_C bzw. die Spannung  U_BC regelt den Stromfluss I_B|
+Der Strom I_C bzw. die Spannung  U_BC regelt den Stromfluss I_B.|
 Die Eingangskennlinie eines Bipolartransistors entpricht der einer Diode.|
 Nachteil des Bipolartransistors ist der kontinuierlich notwendige Stromfluss, im leitfähigen Zustand.|
-VCC steht für Voltage Common Connector
+VCC steht für Voltage Common Connector.
 </question>
 <question title="Welche Aussage(n) zur MOSFETs ist/sind korrekt?" type="checkbox">
-MOSFET steht für den Aufbau des Feldeffekttransistors aus Metalloxid und Halbleiter |
+MOSFET steht für den Aufbau des Feldeffekttransistors aus Metalloxid und Halbleiter.|
-Durch die Bodydiode wirkt der MOSFET in eine Richtung wie eine Diode|
+Durch die Bodydiode wirkt der MOSFET in eine Richtung wie eine Diode.|
-Anreicherungstyp MOSFET sind mit $U_{GS} =0V$ leitfähig|
+Anreicherungstyp MOSFET sind mit $U_{GS} =0V$ leitfähig.|
-Bei n-Kanal MOSFETs sind Löcher die Strom-führenden Ladungsträger
+Bei n-Kanal MOSFETs sind Löcher die Strom-führenden Ladungsträger.
 </question>
 </quizlib>