\[ v_{U} = - \frac{R_{c}}{R_{e}} \tag{4.1}\]
\[v_{U} = \mathtt{\text{-20}} \ \mathtt{\text{}}\]
4 Der Transistor
4.1 Feldeffekttransistor
Die einfachste und gleichzeitig eine der wichtigsten Anwendungen des MOSFETs ist der Schalter. Mittels Spannung am Gate wird der MOSFET ein- und ausgeschalten.
Die notwendigen und zulässigen Spannungen sind aus dem Datenblatt des gewählten Transistors zu entnehmen. Die kleinste Spannung, welche für das Schalten zwischen Gate und Source anliegen muss, wird Threshold-Spannung \(U_{GS,Threshhold}\) genannt. Am Gate wird kein Vorwiderstand benötigt, da der Eingangswiderstand des MOSFETs sehr hoch ist und dadurch in den meisten Fällen mit \(I_D = 0 \ \mathrm{A}\) angenommen werden kann.
4.1.1 Aufgabe
4.1.1.1 Teil 1: N-Kanal Anreicherungstyp
Simulieren Sie die gegebene Schaltung. Wählen Sie die Spannungen aus dem Datenblatt aus. Geben Sie für zwei Eingangspulse den Strom durch, und die Spannung über den Widerstand an. Verwenden Sie dafür die Transientenanalyse und geben Sie deutlich an, ob das Ergebnis den Erwartungen entspricht oder nicht. Argumentieren Sie Ihre Aussage.
4.1.1.2 Teil 2: P-Kanal Anreicherungstyp
Simulieren Sie die Schaltung erneut unter der Verwendung eines P-Kanal Anreicherungstypen. Passen Sie die Spannungen so an, dass auch dieser als Schalter funktioniert. Verwenden Sie dazu erneut das passende Datenblatt. Geben Sie deutlich an, ob das Ergebnis den Erwartungen entspricht oder nicht. Argumentieren Sie Ihre Aussage.
4.2 Bipolartransistor
4.2.1 Die Emitterschaltung mit Temperaturstabilisierung
Ein einfacher Spannungsverstärker. Der Re dient der Temperaturstabilisierung der \(U_{BE}\) Strecke.
4.2.2 Aufgabenstellung
Entwerfen Sie einen Spannungsverstärker mit gegebenen Werten.
4.2.2.1 Gegeben
4.2.2.1.1 Aus der Angabe
\[v_{U} = \mathtt{\text{-20}} \ \mathtt{\text{}}\]
\[U_{bat} = \mathtt{\text{10}} \ \mathtt{\text{V}}\]
4.2.2.1.2 Aus dem Datenblatt
\[B = \mathtt{\text{300}} \ \mathtt{\text{}}\]
4.2.2.1.3 Aus der Erfahrung / Faustregel
- Zahlenwerte
\[U_{T} = \mathtt{\text{25}} \ \mathtt{\text{mV}}\]
\[I_{c} = \mathtt{\text{1}} \ \mathtt{\text{mA}}\]
\[U_{BE} = \mathtt{\text{700}} \ \mathtt{\text{mV}}\]
- Gleichungen
\[ I_{c} = \frac{U_{bat}}{2 R_{c} + 2 R_{e}} \tag{4.2}\]
4.2.3 Berechnung
- Gleichung Gleichung 4.1 nach \(R_e\) auflösen. Das Ergebnis in Gleichung Gleichung 4.2 einsetzen und nach \(R_c\) auflösen.
\[ v_{U} = - \frac{R_{c}}{R_{e}} \tag{4.3}\]
\[ I_{c} = \frac{U_{bat}}{2 R_{c} - \frac{2 R_{c}}{v_{U}}} \tag{4.4}\]
\[ R_{c} = \frac{U_{bat} v_{U}}{2 I_{c} \left(v_{U} - 1\right)} \tag{4.5}\]
\[R_{c} = \mathtt{\text{4.76}} \ \mathrm{k\Omega}\]
4.2.4 Die Kollektorschaltung
Die Kollektorschaltung wird als Impedanzwandler eingesetzt. Daher ist die wesentliche Eigenschaft der Eingangswiderstand. Die Bauteile müssen also so berechnet werden, dass sich ein gewünschter Eingangwiderstand einstellt.
To be Continued