Elektronikfrage(n)

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DocEmmettBrown
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Elektronikfrage(n)

#1

Beitrag von DocEmmettBrown » Sa 13. Apr 2019, 21:03

Ich halte den Titel dieses Threads absichtlich einmal etwas allgemein, weil der Thread sich sicherlich im Laufe der Zeit noch mit weiteren Fragen füllen wird. Aber erst einmal geht es mit dem Transistor los und zwar konkret mit der Basisschaltung, bei der ich mich schwertue.
Bild
Bildquelle: Wikibleedia
Es heißt in der Literatur, die Basisschaltung sei nichtinvertierend, und genau das verstehe ich beim besten Willen nicht. Wenn der Transistor sperrt, dann liegt die komplette Kollektor-U an Ua an. Öffnet der Transistor (z.B. bei einer negativen Halbwelle bei Ue, so daß gilt: Ue + 0,7 V < 0 V), dann kann der Kollektor-I zum Emitter abfließen. Aber damit invertiert die Basisschaltung doch. :shock:

Ich versteh's nicht! Kann mir das jemand erklären? Laßt mich nicht dumm sterben! :?

73 de Daniel

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Re: Elektronikfrage(n)

#2

Beitrag von DK3NH » Sa 13. Apr 2019, 21:16

DocEmmettBrown hat geschrieben:
Sa 13. Apr 2019, 21:03
Öffnet der Transistor (z.B. bei einer negativen Halbwelle bei Ue, so daß gilt: Ue + 0,7 V < 0 V), dann kann der Kollektor-I zum Emitter abfließen.
Damit sinkt bei einer niedrigeren Eingangsspannung die Ausgangsspannung, es ist also nicht-invertierend.

73 Werner

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Re: Elektronikfrage(n)

#3

Beitrag von DocEmmettBrown » Sa 13. Apr 2019, 21:27

DK3NH hat geschrieben:
Sa 13. Apr 2019, 21:16
Damit sinkt bei einer niedrigeren Eingangsspannung die Ausgangsspannung, es ist also nicht-invertierend.
Stimmt! Du hast ja Recht. Muß irgendwie 'nen Knoten im Gehirn gehabt haben. :wall: Tnx!

73 de Daniel

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Re: Elektronikfrage(n)

#4

Beitrag von DocEmmettBrown » Fr 3. Mai 2019, 22:04

Und weiter geht's: Wie funktioniert ein bipolarer Transistor?

Ich habe am Beispiel eines NPN-Transistors ein lustiges Bildchen dazu gefunden:
Bild
Quelle: https://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/ ... 6_4_2.html
Dennoch tue ich mich mit dieser NPN-Transe etwas schwer. Die Funktionsweise des PN-Übergangs von der Basis zum Emitter ist trivial. Der gleiche PN-Übergang von der Basis zum Kollektor wird aber strenggenommen in Sperrichtung betrieben. Warum das funktioniert, habe ich nie verstanden.

Außerdem: Wo genau ist der elektrische Unterschied zwischen Emitter und Kollektor? Eigentlich müßte man die beiden in der Beschaltung doch zumindest theoretisch austauschen können oder wie ist das? :shock: :clue:

73 de Daniel

Charly Whisky
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Re: Elektronikfrage(n)

#5

Beitrag von Charly Whisky » Sa 4. Mai 2019, 08:16

Da tun sich ja Abgründe auf :rolleyes:

Vielleicht hilft das? https://m.youtube.com/watch?v=3WftQdffkgM

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Re: Elektronikfrage(n)

#6

Beitrag von DocEmmettBrown » Sa 4. Mai 2019, 15:52

Charly Whisky hat geschrieben:
Sa 4. Mai 2019, 08:16
Da tun sich ja Abgründe auf :rolleyes:

Vielleicht hilft das? https://m.youtube.com/watch?v=3WftQdffkgM
Ach, diese Videos habe ich doch alle schon gesehen. Ich habe auch mehrere schematische Graphiken von BJTs schon gesehen und weiß auch, daß die Basisschicht sehr, sehr dünn ist und daß das Ersatzschaltbild mit den beiden gegeneinander gepolten Dioden in der Praxis nicht funktioniert. (Der Begriff "Ersatzschaltbild" ist daher etwas irreführend.) Alles bekannt.

Trotzdem müßte doch zwischen B und C bei Anliegen einer entsprechend hohen positiven Spannung an der Basis aufgrund der Polarität eine Verarmungszone sein. Was ich nicht verstehe ist, wie sich diese bei einer sehr dünnen Basisschicht physikalisch gegenüber einer dickeren anders verhält. Ob sich da Abgründe auftun, ist mir relativ wurscht: Ich will's einfach nur verstehen, das ist alles.

Und nochmal: So, wie die Schichten dotiert sind, müßte ein BJT auch dann leitend sein, wenn man E und C vertauscht. Vermutlich nicht so gut, aber für einen Reststrom müßte es reichen.

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Re: Elektronikfrage(n)

#7

Beitrag von gernstel » Sa 4. Mai 2019, 16:41

Nur ganz kurz zur Verpolung:

Ja, das funktioniert. Ich habe das vor Jahren einmal ausprobiert. Bei in Emitterschaltung vertauschtem Kollektor und Emitter sank die Stromverstärkung bei Germaniumtransistoren von 40 auf unter 2 (war aber dennoch da!) und bei Siliziumtransistoren von 300 auf vielleicht 25.

Zum Funktionsprinzip müsste ich etwas intensiver nachdenken; die Grafik verwirrt mich eher als dass sie mir hilfreich scheint. Ich meine mich zu erinnern, dass Löcher, die den PN-Übergang in Gegenrichtung öffnen, eine wesentliche Rolle spielen. Diese Vorgänge lassen sich vermutlich nicht leicht in Worte fassen.

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Re: Elektronikfrage(n)

#8

Beitrag von Charly Whisky » Sa 4. Mai 2019, 16:45

Am Collector liegt in der Regel die positivste Spannung der Schaltung an. Daher kann die Basis kein höheres Potential als der Collector annehmen, weswegen es auch nicht gelingt, den die C-E- Strecke niederohmig zu schalten.

Dafür ist der Transistor auch nicht gemacht.

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Re: Elektronikfrage(n)

#9

Beitrag von DocEmmettBrown » Sa 4. Mai 2019, 19:15

gernstel hat geschrieben:
Sa 4. Mai 2019, 16:41
Ja, das funktioniert. Ich habe das vor Jahren einmal ausprobiert. Bei in Emitterschaltung vertauschtem Kollektor und Emitter sank die Stromverstärkung bei Germaniumtransistoren von 40 auf unter 2 (war aber dennoch da!) und bei Siliziumtransistoren von 300 auf vielleicht 25.
Danke, dann stimmt mein Weltbild wieder. :D
Charly Whisky hat geschrieben:
Sa 4. Mai 2019, 16:45
Am Collector liegt in der Regel die positivste Spannung der Schaltung an. Daher kann die Basis kein höheres Potential als der Collector annehmen, weswegen es auch nicht gelingt, den die C-E- Strecke niederohmig zu schalten.
Über Sinn und Unsinn kann man sich sicherlich streiten, aber theoretisch müßte man sowohl B-E als auch B-C als Diode schalten und den dritten Pin einfach unbeschaltet lassen können.

Aber im Augenblick wüßte ich gerne noch, warum die Elektronen beim leitenden NPN, wenn sie vom E zur B wandern, in viel größerer Anzahl mit Gebrüll durch die B hindurchstürmen und plötzlich im C landen. Eine Erklärung wie
Die genauen physikalischen Zusammenhänge, wieso Elektronen die Sperrschicht zwischen Basis und Kollektor überwinden können, sind leider sehr kompliziert und würden den Rahmen deutlich sprengen. Da für das Verständnis zudem profunde Physikkenntnisse erforderlich sind, wollen wir es dabei bewenden lassen, daß dieser Effekt auftritt.
befriedigt dabei meine Neugier ehrlich gesagt nicht, auch wenn sich da hundertmal Abgründe auftun. :(

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Re: Elektronikfrage(n)

#10

Beitrag von Charly Whisky » Sa 4. Mai 2019, 19:49

Daniel,

das Thema „Abgründe“ hast du offensichtlich auf dich bezogen.

Das war es nicht, sondern auf die Erklärungsversuche der youtube-„Experten“, die ich zitieren wollte.

Und das auch nur aus Zeitgründen.

Ich müsste meine Vorlesungsunterlagen rauskramen, damals haben wir über die Mechanismen eine Klausur geschrieben :book:

An den Titel des Buches erinnere ich mich noch unscharf „Werkstoffe der Elektrotechnik/Elektronik von Zielke“.

Vielleicht habe ich morgen die erforderliche Stunde, wenn es denn sein muss :sup:

PS: Der hier erklärt das ganz gut https://m.youtube.com/watch?v=DXvAlwMAxiA

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Re: Elektronikfrage(n)

#11

Beitrag von DocEmmettBrown » Sa 4. Mai 2019, 21:31

Charly Whisky hat geschrieben:
Sa 4. Mai 2019, 19:49
das Thema „Abgründe“ hast du offensichtlich auf dich bezogen.
Unwichtig, hier geht es nur um das Verständnis des Transistors.
Charly Whisky hat geschrieben:
Sa 4. Mai 2019, 19:49
Vielleicht habe ich morgen die erforderliche Stunde, wenn es denn sein muss :sup:

PS: Der hier erklärt das ganz gut https://m.youtube.com/watch?v=DXvAlwMAxiA
Mein Englisch ist zwar nicht das allerbeste, erst recht nicht bei US-Genuschel, aber Du kannst mir ja mal sagen, ob ich das Prinzip möglicherweise vielleicht doch verstanden habe:

Die Elektronen sind ja beweglich. Wenn ich also eine einzige, reine N-Schicht hätte, dann wäre diese an sich schon leitend. Eine Diode leitet sowieso, dieser Fall ist trivial, der sperrende BJT ist auch trivial und der zwischen B- und E-Schicht leitende BJT ebenfalls. Ben Eater bestätigt in seinem Video die Tatsache, daß die Basis im BJT sehr, sehr dünn ist. Leitet der BJT, dann fließen die Elektronen nicht nur zu einem winzigen Teil an der Basis ab, sondern werden durch den positiv "geladenen" (Verzeihung!) Kollektor angezogen und der E-C-Strom fließt.

Verständnisproblem: Der Kollektor kann eigentlich gar nicht positiv sein, weil das Material N-dotiert ist. Die Valenzelektronen können zwar den BJT in Richtung Pluspol verlassen und die freien Plätze können neue Valenzelektronen aufnehmen, aber zwischen B und C ist eigentlich eine Sperrschicht. Eigentlich!

Das Geheimnis wäre, wenn ich das richtig verstanden habe, die hauchdünne Basis. Ich drücke mich mal sehr unpräzise aus und frage mal: Kann es sein, daß die Basis im leitenden Zustand aufgrund ihrer Dünnheit mehr oder weniger "durchbrochen" wird und die Elektronen, obwohl da vom Prinzip her (bei einer dickeren Basis) eine Sperrschicht sein müßte, es dann doch (versehentlich) bis in den Kollektor schaffen?

73 de Daniel

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Re: Elektronikfrage(n)

#12

Beitrag von DocEmmettBrown » So 5. Mai 2019, 19:15

So, jetzt kömmt Licht in die Finsternis. :banane:
Im Kapitel 6 Bipolartransistoren (*) heißt es, daß die Basis nicht nur sehr dünn, sondern zudem noch relativ schwach dotiert ist, wodurch die Elektronen nur eine vergleichsweise schwache B-C-Sperrschicht vorfinden und damit leicht überwinden können. So langsam verstehe ich mit noch einer gewissen Unschärfe die Funktionsweise eines BJTs. :D

73 de Daniel

(*): Habe eben gesehen, daß die PDF-Datei erst vier Tage alt ist.

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Re: Elektronikfrage(n)

#13

Beitrag von DK3NH » So 5. Mai 2019, 20:05

Ah ja, nettes Buch. Und es dort steht auch noch extra: "Verbreitung erwüunscht!"!

Das hat Du ja jetzt gemacht, danke.

73 Werner

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Re: Elektronikfrage(n)

#14

Beitrag von DocEmmettBrown » So 5. Mai 2019, 20:22

DK3NH hat geschrieben:
So 5. Mai 2019, 20:05
Ah ja, nettes Buch. Und es dort steht auch noch extra: "Verbreitung erwüunscht!"!
LÖL, war mir gar nicht aufgefallen. Hatte heute morgen nach Formelsammlungen gesucht und das ist mir u.a. durch Zufall in die Hände gefallen. Sah gut aus und ich hatte es mir gleich mal (neben anderen) abgespeichert. Man weiß ja nie, wozu man sowas nochmal gebrauchen kann.

Vorhin beim Sichten hatte ich dann gesehen, daß es da hauptsächlich um Halbleiter geht, da habe ich mir spaßhalber das Kapitel mit den Bipolaren angesehen und glatt den Lottohauptgewinn gezogen. :mrgreen:
War ein reiner Zufallstreffer. Manchmal muß man auch einfach mal Glück haben. :banane:

73 de Daniel

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Re: Elektronikfrage(n)

#15

Beitrag von DK3NH » So 5. Mai 2019, 21:03

Eun Buch auch für diejenigen, denen es nicht reicht,
am 13.06.2019 um 10.00 Uhr an der Hochschule Kaiserslautern
nur genügend Punkte zu erreichen...

73 Werner

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