Der Transistor ist das wichtigste Bauteil der Elektronik. Ihn zu erklären ist eigentlich sehr kompliziert und die meisten von euch würden bald aufgeben. Ich will aber unbedingt, dass ALLE mitmachen und habe mir einen sehr, sehr einfachen Weg der Erklärung überlegt. So lustig es klingen wird, so gut lässt er sich doch auf diese Weise erklären. Ihr dürft jetzt gerne über mich herziehen.
Der Transistor - erklärt an einer Toilettenspülung
Sicherlich kennt jeder von euch die sogenannten Druckspüler bei Toiletten noch. Sie kommen zwar langsam außer Mode, aber es gibt sie noch. Das sind die Spüler, bei denen man LEICHT auf einen Hebel drückt und es kommt VIEL Wasser mit hohem DRUCK unten raus.
Ich wiederhole diesen Satz:
Man drückt LEICHT (wenig Spannung, wenig Strom) auf den Hebel (B) und es kommt viel Wasser (Strom) mit hohem Druck (Spannung) unten raus.
Mit einem kleinen Steuerstrom auf den Hebel (B), erreicht man einen hohen Laststrom auf der Strecke (C->E).
Natürlich kann man auch nur leicht draufdrücken, dann kommt weniger Wasser raus. Oder ganz durchdrücken, dann kommt das Maximum an Wasser raus.
Ich wiederhole diesen Satz:
Durch Veränderung des Steuerstromes auf B verändert sich der Laststrom, der durch C->E fließt.
Das Wasser hat einen riesigen Druck. Hast du schon mal versucht, den Wasserstrahl von Hand aufzuhalten? Trotzdem brauchst du nur leicht auf den Spülhebel drücken. Der Spülhebel hat also sowas wie einen Verstärkungsfaktor. Obwohl du nur mit 100 Gramm drückst, kommt der Wasserdruck z.Bsp. mit 5bar (5000Gramm/cm²) raus. Das entspricht einer Verstärkung deiner Handkraft um Faktor 50.
Ich wiederhole schon wieder:
Mit einem kleinen Steuerstrom auf B erreicht man einen hohen Laststrom auf C->E. Das Verhältnis Laststrom/Steuerstrom nennt man Verstärkungsfaktor. Dafür hat man ein Symbol ausgesucht, das Beta β In unserem Fall hat die Wasserspülung β=50.
Wenn du das noch nicht verstanden hast (würde mich wundern), dann lese es IN RUHE nochmals von vorne durch und mache dann erst weiter!
Was haben wir bis jetzt gelernt:
1) Der Transistor ist ein Schalter oder Verstärker, der mit sehr kleinen Steuerströmen hohe Lastströme(Lampen, Verdampfer, Motoren..) steuern kann.
2) Der Verstärkungsfaktor wird in β angegeben (aus Faulheit nehme ich auch das ß).
3) Man kann den Transistor benutzen um stufenlos zu steuern (Steuerstrom von 0-voll), oder um nur Ein- Auszuschalten (Steuerstrom entweder 0 oder voll)
Dann schauen wir uns jetzt mal das zweite Bild an:
Hier sehen wir endlich den Transistor im direkten Vergleich zu dem Druckspüler. So ein Transistor hat 3 Beine. Die heißen (C)ollector, (B)asis und (E)mmiter. In diesem Bild seht ihr einen sogenannten NPN-Transistor. Und nur den behandeln wir heute.
Bei einem NPN-Transistor muss immer:
C gegen Plus gerichtet sein.
E immer Richtung Minus des Akkus gehen.
B mit (abgebremsten) Plus angesteuert werden.
Und jetzt vergessen wir mal die Klospülung und werden rein elektrisch.
Schauen wir mal dieses Schaltbild an (nicht erschrecken)
Zuerst mal: Was sehen wir da.
den Akku mit 12V,
eine Lampe mit 3 Ohm (~4A)
einen Taster
einen Vorwiderstand beim Taster
einem NPN-Transistor mit einem Verstärkungsfaktor von 300
Und jetzt erkläre ich euch, wie das funktioniert. Es ist einfacher, als ihr denkt.
Wenn der Taster offen ist, kommt keine Spannung beim Transistor an der (B)asis an. Somit lässt der auch keinen Strom von C nach E durch (Klospüler zu)
Wenn wir den Taster drücken, kommt Spannung an der Basis an. Viel Strom wird nicht fließen, da der Widerstand den Stromfluß stark abbremst. Aber: Es fließt etwas Strom durch die BASIS zum EMITTER nach Minus. Der Transistor lässt jetzt plötzlich sehr viel mehr Strom (I-Basis * ß) von C nach E durch und die Lampe brennt.
Was lernen wir daraus:
1) Obwohl nur sehr wenig Strom () in die BASIS fließt, kann der Transistor locker die 1,3A zwischen C und E fließen lassen, da er ja um Faktor 300 verstärkt.
2) Die Lampe braucht 4A. Der Verstärkungsfaktor ist 300. somit muss der Steuerstrom durch die Basis nur 4A/300= 0,013A = 13mA sein. Da reicht selbst der kleinste Schalter.
Wie berechne ich den richtigen Vorwiderstand?
Wir wissen, dass die Lampe 4A braucht. Wir wissen, dass der Transistor ein ß=300 hat. Somit können wir rechnen:
Strom-Basis= Strom-Last / Verstärkungsfaktor
Ib=4A / 300 = 0,013A = 13mA
Akkuspannung 12V, Strom durch Widerstand 13mA
R=U/I
R=12V / 0,013A = 930 Ohm.
Sicherheitshalber lässt man aber etwas mehr Strom durch die Basis laufen. Ich hab mich für ~1/3 Zugabe entschieden und einen 600 Ohm Widerstand gewählt.
Warum:
1) wegen der Serienstreuung von Transistoren (ß=250-350)
2) Weil ich euch noch verschwiegen habe, das die Strecke B->C 0,7Volt klaut (ist nämlich eine Diode, diese Strecke ).
3) Damit er Transistor auch garantiert voll durchschaltet und nicht nur 1A durchlässt und die Lampe wirklich voll aufleuchtet.
So das sollte mal fürs erste reichen. Nehmt euch Zeit und lest das in aller Ruhe mehrfach durch, bis es Klick gemacht hat.
Ich hoffe, ich konnte euch eine etwas komplexe Materie trotzdem verständlich vermitteln. Es gibt sehr viele Arten von Transistoren. Wir kommen nochmals zum Thema Transistor.
Na, schockiert oder was gelernt? :?
