Transistor-Schaltungen

Wenn Schüler die hier vorgestellten Simulationen zunächst am PC umsetzen, werden sie gedanklich auf die realen Expeimente vorbereitet.

Simulationen mit falstad

a) Vorwiderstand für eine Leuchtdiode (LED) (vorwiderstand.txt Strg+)

Zielwerte:
    U_LED = 1,7 V
    I_LED = 15 mA

mit U_ges = 5,0 V
und R = $\frac{{\mathrm{U}}_{\mathrm{ges}}-{\mathrm{U}}_{\mathrm{LED}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{ges}}}$

ergibt sich R = $\frac{\mathrm{5,0\; V\; -\; 1,7\; V}}{\mathrm{0,015\; A}}$ = 220 Ω

Minimal R = 180 Ω sind zulässig.

b) Transistorschaltung (transistor.txt Strg+)
Klicke auf das Bild und beobachte Anschlusskabel und Voltmeter.

c) Alarmanlage(alarm_LED.txt Strg+)
Wenn die Verbindung (Öffner bzw. grünes Kabel) getrennt wird, erfolgt ein Alarm.
Klicke auf das Bild und beobachte Schalter und Voltmeter.

d) Alarmanlage mit Relais (alarm_relais.txt Strg+)
Das Relais wird durch eine Diode geschützt.
Klicke auf das Bild und beobachte Schalter und Lampe.

Schaltplan des Relais

e) Sensorschaltung(LDR.txt Strg+)
LDR (Light Dependent Resistor) und Potentiometer
Klicke auf das Bild und beobachte LDR und Lampe.

f) Der Widerstand R_CE eines Transistors (R_BE.txt Strg+)

Der Widerstand eines Transistors zwischen Collector und Emitter E wird über die Spannung zwischen Basis B und Emitter E gesteuert. Wir bestimmen einige Werte in einer Simulation.

Klicke auf das Bild und beobachte
Voltmeter und Amperemeter.

UBE [mV] |   Iges [mA]
--------+-----------
500     |    0,0246
525     |    0,0637
550     |    0,161
575     |    0,389
600     |    0,853
625     |    1,65
650     |    2,79
675     |    4,22
700     |    4,85
725     |    4,87
750     |    4,89

Es zeigt sich, dass die Schaltschwelle zwischen 500 mA und 750 mA liegt. Wenn wir den Transistor als Schalter benutzen, muss die Basisspannung U_BE deutlich unter 0,5 V bzw. über 0,75 V liegen.

Wir wollen den Widerstand R_CE des Widerstands berechnen.

R_ges = 1000 Ω + R_CE
Also ist R_CE = R_ges - 1000 Ω = $\frac{{\mathrm{U}}_{\mathrm{ges}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{ges}}}-\; 1000\; \Omega$

Für U_BE = 600 mV ist I_ges = 0,853 mA = 0,000853 A
Daraus ergibt sich
R_CE = R_ges - 1000 Ω = $\frac{\mathrm{5\; V}}{\mathrm{0,000853 A}}-\; 1000\; \Omega$ = 4.861 Ω

Ergänzung: Widerstand eines LDR in Abhängigkeit von der Lichtstärke

In einem hinreichend dunklen Raum, ist nimmt Lichtstärke mit dem Abstand von einer punktförmigen Lichtquelle ab. Definieren wir die Lichstärke im Abstand 10 cm als 100%, dann ist sie im Abstand 20 cm nur noch 25% (= 100% / 4), im Abstand 30 cm nur noch 11% (= 100% / 9) usw.

Notiere in einer Tabelle den Widerstand des LDR bei verschiedenen Anständen von der punktförmigen Lichtquelle. Stelle die Ergebniss in einem Graphen dar.