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Elektrische BAUELEMENTE Inhaltsverzeichnis
Florian Kurcz
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1 Widerstände ...................................................................................................... 1
1.1 Einteilung ................................................................................................................................................ 1
1.1.1 Lineare Widerstände ............................................................................................................... 1
1.1.2 Nichtlineare Widerstände ....................................................................................................... 1
1.1.3 Auswahlgruppen von Festwiderständen ................................................................................. 2
1.2 Normreihen ............................................................................................................................................ 2
1.3 Farbcode .................................................................................................................................................. 3
1.3.1 Vierfachberingung ................................................................................................................... 3
1.3.2 Fünfachberingung .................................................................................................................... 4
1.4 Belastbarkeit von Widerständen ................................................................................................... 4
1.4.1 Nennbelastbarkeit ................................................................................................................... 5
1.4.2 Impulsbelastbarkeit ................................................................................................................. 5
1.5 Bauarten von Festwiderständen .................................................................................................... 5
1.5.1 Schichtwiderstände ................................................................................................................. 5
1.5.2 Drahtwiderstände.................................................................................................................... 7
1.5.3 Widerstände in der Mikromodultechnik ................................................................................. 8
1.6 Einstellbare Widerstände ................................................................................................................. 9
1.6.1 Allgemein ................................................................................................................................. 9
1.6.2 Einstellbare Schichtwiderstände ........................................................................................... 10
1.6.3 Einstellbare Drahtwiderstände .............................................................................................. 10
2 Kondensator ................................................................................................... 11
2.1 Grundbegriffe ...................................................................................................................................... 11
2.1.1 Definition ............................................................................................................................... 11
2.1.2 Kenndaten ............................................................................................................................. 11
2.2 Bauformen ........................................................................................................................................... 11
2.2.1 Keramikkondensator ............................................................................................................. 11
2.2.2 Wickel- Schicht- oder Kunststoffkondensatoren ................................................................... 12
2.2.3 Elektrolytkondensatoren ....................................................................................................... 12
2.3 Anwendungen ..................................................................................................................................... 12
2.3.1 Stützkondensator .................................................................................................................. 12
2.3.2 Filteranwendung ................................................................................................................... 13
3 Spulen ............................................................................................................... 15
3.1 Grundbegriffe ...................................................................................................................................... 15
3.1.1 Verhalten einer Spule ............................................................................................................ 15
3.2 Bauformen ........................................................................................................................................... 15
3.2.1 Kerne aus Eisenblech ............................................................................................................. 15
3.2.2 Hochfrequenzeisenkerne ...................................................................................................... 15
3.2.3 Ferritkerne ............................................................................................................................. 15
3.3 Anwendungen ..................................................................................................................................... 15
3.3.1 Tiefpass .................................................................................................................................. 15
3.3.2 Hochpass ............................................................................................................................... 16
3.3.3 Spule einschalten................................................................................................................... 16
Elektrische BAUELEMENTE Inhaltsverzeichnis
Florian Kurcz
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3.3.4 Spule ausschalten .................................................................................................................. 16
4 Dioden ............................................................................................................... 17
4.1 Grundlagen .......................................................................................................................................... 17
4.1.1 Grundbegriffe ........................................................................................................................ 17
4.1.2 PN Übergang .......................................................................................................................... 20
4.2 Gleichricht- und Schaltdioden ...................................................................................................... 23
4.2.1 Kennlinie ................................................................................................................................ 23
4.2.2 Grenzdaten ............................................................................................................................ 25
4.2.3 Statische Kenndaten .............................................................................................................. 25
4.2.4 Dynamische Kenndaten ......................................................................................................... 25
4.2.5 Anwendungen von Gleichrichter ........................................................................................... 27
4.2.6 Dioden Bezeichnungsschema ................................................................................................ 32
4.3 Zenerdiode ........................................................................................................................................... 32
4.3.1 Kennlinien .............................................................................................................................. 33
4.3.2 Kenngrößen ........................................................................................................................... 33
4.3.3 Spannungsstabilisierung mit Z-Dioden .................................................................................. 34
4.4 Spezielle Halbleiterdioden ............................................................................................................. 36
4.4.1 Kapazitätsdioden ................................................................................................................... 36
4.4.2 Schottkydioden ...................................................................................................................... 37
5 Transistor ........................................................................................................ 38
5.1 Bipolar Transistor ............................................................................................................................. 38
5.1.1 Aufbau und Wirkungsweise................................................................................................... 38
5.1.2 Kennlinien .............................................................................................................................. 39
5.1.3 Kenngrößen ........................................................................................................................... 41
5.1.4 Gleichstromverhalten, Arbeitspunkteinstellung ................................................................... 43
5.1.5 Kleinsignalverhalten .............................................................................................................. 45
5.1.6 Schaltverhalten ...................................................................................................................... 51
5.2 Feldeffekttransistoren ..................................................................................................................... 54
5.2.1 J-FET ....................................................................................................................................... 54
5.2.2 Selbstleitender MOS-FET ....................................................................................................... 55
5.2.3 Selbstsperrender MOS – FET ................................................................................................. 56
5.2.4 Kenngrößen ........................................................................................................................... 57
5.2.5 Kleinsignalverhalten .............................................................................................................. 58
5.2.6 Verstärkeranwendungen von FET ......................................................................................... 59
5.2.7 HF- und Schaltverhalten ........................................................................................................ 60
6 Leistungselektronik ..................................................................................... 61
6.1 Thyristor ............................................................................................................................................... 61
6.2 DIAC ........................................................................................................................................................ 63
6.3 TRIAC ..................................................................................................................................................... 64
6.4 Leistungs-MOSFET ............................................................................................................................ 67
Elektrische BAUELEMENTE WiderständeWiderstände
Florian Kurcz Einteilung
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1 Widerstände
1.1 Einteilung
1.1.1 Lineare Widerstände
Ein ohmscher Widerstand ist ein Widerstand, der unabhängig von Strom und Spannung ist.
....... Schaltzeichen
R1 > R2, da
=> bei doppeltem Strom => doppelter Spannungsabfall.
1.1.2 Nichtlineare Widerstände
1.1.2.1 Varistor – VDR
VDR … voltage dependent resistor
U
Steigt die Temperatur, so steigt der Widerstand
Ein Varistor ist ein spannungsabhängiger Widerstand. Oberhalb einer bestimmten Schwellspannung wird der Widerstand abrupt kleiner. Die Kennlinie ist dabei symmetrisch zur Spannung.
1.1.2.2 Heißleiter – NTC
NTC … negative temperature coefficient
Steigt die Temperatur, so sinkt der Widerstand
Elektrische BAUELEMENTE WiderständeWiderstände
Florian Kurcz Normreihen
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1.1.2.3 Kaltleiter – PTC
PTC … positive temperature coefficient
Steigt die Temperatur, so steigt der Widerstand
R[ ]
[°c]
106
105
104
103
102
20 40 60 80 100 120 140 A N E
RA
RN
RE
A . . . Anfangstemperatur
N . . . Nenntemperatur
E . . . Endtemperatur
RA . . . Widerstand bei A RN . . . Nennwiderstand
RE . . . Widerstand bei E
1.1.3 Auswahlgruppen von Festwiderständen
Wert, Toleranz
Temperaturabhängig, Frequenzabhängig
Wertänderung durch Alterung
Belastbarkeit
1.2 Normreihen
Aus wirtschaftlichen Gründen sind die Nennwerte von Festwiderständen nach so genannten Normreihen abgestuft. Die Abstufung erfolgt durch einen Stufensprung.
Die IEC unterscheiden:
E6 ........6 Normreihen / Dekade => Stufensprung = 1,47 20%
E12.....12 Normreihen / Dekade => Stufensprung = 1,21 10%
E24.....24 Normreihen / Dekade => Stufensprung = 1,10 5% E6: 1 1,5 2,2 3,3 4,7 6,8
E12: 1 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7 3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2
Für Sonderfälle existieren auch noch:
E48 2%
E96 1%
E192 0,5% Die Normreihen sind so festgelegt, dass sich die Toleranzfelder der einzelnen Werte berühren oder überschneiden.
Elektrische BAUELEMENTE WiderständeWiderstände
Florian Kurcz Farbcode
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1
1,5
2,2
3,3
4,7
6,8
R0,8 1,2
1,2 1,8
1,76 2,64
2,64 3,96
3,76 5,64
5,44 8,16
Wie die Widerstandswerte sind auch die Nennbelastbarkeiten abgestuft.
Typische Belastbarkeiten sind:
1.3 Farbcode
Bei Widerständen mit kleiner Leistung wird der Wert und die Toleranz mittels Farbcode angegeben.
Verwendet wird die Vierfachberingung (Normreihen E6, E12, E24) und die Fünffachberingung (E48,
E96 und E192).
1.3.1 Vierfachberingung
Farbe Wert Multiplikator Toleranz
Farblos ± 20%
Silber 10-2 Ω ± 10%
Gold 10-1 Ω ± 5%
Schwarz 0 100 Ω
Braun 1 101 Ω ± 1%
Rot 2 102 Ω ± 2%
Orange 3 103 Ω
Gelb 4 104 Ω
Grün 5 105 Ω ± 0,5%
Blau 6 106 Ω
Violett 7 107 Ω
Grau 8 108 Ω
Weiß 9 109 Ω
Elektrische BAUELEMENTE WiderständeWiderstände
Florian Kurcz Belastbarkeit von Widerständen
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Bsp.: Braun Schwarz Rot Silber => 1000 10% = E12
470k 5% => gelb violett gelb Gold
15k 10% => braun grün orange Silber
1.3.2 Fünfachberingung
Bsp.: 1 1% => braun schwarz schwarz Silber braun
Braun grau violett orange rot => 187k 2%
Orange blau orange Gold braun => 36,3 1%
1.4 Belastbarkeit von Widerständen
Die vom Hersteller angegebene Nennbelastbarkeit gilt nur bis zu einer bestimmten Umgebungs-
temperatur (meist 40 oder 55°C). Steigt die Umgebungstemperatur kann die im Widerstand erzeugte
Wärme nicht mehr so gut abgegeben werden. Die Nennbelastbarkeit sinkt linear ab.
P ………. Belastbarkeit
…… Wärmewiderstand
…. Maximale Bauteiltemperatur ……. Umgebungstemperatur
Der Wärmewiderstand RTh gibt an, wie gut das Bauteil die Verlustwärme an die Umgebung abgeben
kann. RTh von 10 bedeutet dass sich das Bauteil pro Watt Verlustleistung um 10 K ~ 10°C erwärmt.
U
P[W]
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
20 40 60 80 100 120 140
max =125°C
hier gilt die Formel
Bsp.: Ein Kohleschichtwiderstand hat laut Tabellenbuch eine Nennbelastbarkeit von 0,5°. Die Umgebungstemperatur beträgt 40°C. Die max. Bauteiltemperatur liegt bei 125°C.
Bsp.: Mit welcher Belastbarkeit kann dieser Widerstand bei einer Umgebungstemperatur von 96°C belastet werden?
Elektrische BAUELEMENTE WiderständeWiderstände
Florian Kurcz Bauarten von Festwiderständen
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Bsp.: Wie warm darf es in einem Gehäuse höchstens sein, wenn dieser Widerstand mit 0,4W betrieben wird.
Bsp.: Mit welcher Leistung kann der Widerstand bei 20°C betrieben werden. siehe Diagramm!
1.4.1 Nennbelastbarkeit
Die Nennbelastbarkeit ist im Allgemeinen wie folgt abgestuft:
0,05, 0,1, 0,125, 0,5, 0,1, 2, 3, 6, 10, 20
1.4.2 Impulsbelastbarkeit
Die mittlere Last darf höchstens gleich der zulässigen Belastbarkeit sein. Die Spitzenspannung darf höchstens das 3,5 fache der Betriebsspannung betragen. Die Spitzenlast darf höchstens das 6 fache der max. Belastbarkeit sein.
P [W]
t [s]
P [W]
t [s] t [s]
P [W]
Bsp.: Geg.: Kohleschichtwiderstand R = 22kΩ, ±5%, 0,1W. Ges.: Die erlaubte Spitzenspannung bei Impulsbelastung.
1.5 Bauarten von Festwiderständen
1.5.1 Schichtwiderstände
1.5.1.1 Aufbau
Zylindrischer Keramik oder Hartglaskörper mit einer dünnen leitfähigen Schicht
Schichtdicke : 1nm – 20µm.
Schichtwerkstoff: Kohle, Metalle, Oxide, Edelmetalle. Den Widerstandswert erreicht man annähernd durch die Wahl der Schichtdicke (Bei der
Aufdampftechnologie 10% ohne abgleichen erreichbar). Bei höherer Genauigkeit wird der Widerstand durch Einschliff in die Schicht abgeglichen.
Schliffarten
a. Wendelschliff
WiderstandsmaterialAnschlüsse
MetallkappenWendelschliff
Elektrische BAUELEMENTE WiderständeWiderstände
Florian Kurcz Bauarten von Festwiderständen
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Bei diesem Schliff entsteht eine Bahnförmige um den Träger laufende Widerstandsbahn, welche die Induktivität erhöht, daher nur bis 200kHz einsetzbar.
b. Mäanderschliff
Widerstandsmaterial Anschlüsse
MetallkappenMäandaschliff
abgewickelte Widerstandsbahn:
Aufbau: Besonders hochwertig sind Kappenanschlüsse meist aus Messing, welche auf beiden
Enden des Körpers aufgepresst werden.
Anschlüsse
Widerstandsmaterial
Einbrennpaste
Trägerkörper
Besonders hochwertig sind Kappenanschlüsse aus Messing mit aufgeschweißten Anschlussdrähten.
Diese Kappen werden an beiden Enden auf den Widerstandskörper aufgepresst. Beim kappenlosen
Widerstand werden die Anschlussdrähte etwa 2 mm tief in die stirnseitigen Ausnehmungen
eingepresst und mit dem Metallüberzug (Einbrennpaste) mit der Widerstandsschicht leitend
verbunden.
Der Widerstandskörper (samt Kappen) wird mit Lack oder Kunstharz überzogen um den Widerstand
gegen Feuchtigkeit und mechanische Beschädigung zu schützen.
1.5.1.2 Bestückung
Die Anschlüsse müssen vor der Bestückung gebogen und auf die richtige Länge geschnitten werden.
Den Anschlussdraht nicht direkt am Widerstandskörper biegen, sondern ein Abstand von 1-2 mm
eingehalten!
Aufgrund der Maschinenbestückung werden die Bauteile gegurtet geliefert.
z.B. 4RMPlatine
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Florian Kurcz Bauarten von Festwiderständen
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1.5.1.3 Kohleschichtwiderstände
Material: Kohleschicht
Nennwerte: bis E24
Temperaturbeiwert: bis −1500 ppm/_C
Belastbarkeit: bis 1 W
Vorteil: - billig
Nachteile: - hoher Temperaturbeiwert - große Toleranzen
1.5.1.4 Metallschichtwiderstände
Material: - Metalloxide (z.B.: SnO2) - Metalloxidwiderstand - Nickel-Chrom Film - Metallfilmwiderstand - Edelmetalle (wie Au, Pt) - Edelmetallschicht- (EMS-) Widerstand
Temperaturbeiwert: 50 ppm/°C bis 250 ppm/°C
Vorteile: - geringe Toleranz und kleiner Temperaturbeiwert - hohe Betriebstemperatur daher wesentlich größere Belastbarkeit bei gleichen
Abmessungen als Kohleschichtwiderstände
Anwendung: - für hohe Umgebungs- und Betriebstemperaturen - als Mess- und Präzisionswiderstand
1.5.2 Drahtwiderstände
1.5.2.1 Aufbau
Auf einem Temperaturbeständigen Keramikkörper wird ein Widerstandsdraht gewickelt. Bei normaler Wicklung => hohe Induktivität. Abhilfe: bifilare Wicklung
Der Widerstandsdraht wird in der Mitte zusammengefaltet und doppeldrähtig gewickelt. Zwei
nebeneinanderliegende Windungen werden dann entgegengesetzt vom Strom durchflossen)
Magnetfelder heben sich fast auf) wesentlich geringere Induktivität! Die Widerstandsdrähte müssen
bei enger Wicklung isoliert sein. Da eine Lackisolierung sehr temperaturempfindlich
ist, wird die Isolation durch Oberflächenoxidation erreicht. Drahtwiderstände können im Prinzip bis
zum Schmelzpunkt der Lötstelle erwärmt werden, daher hohe Belastbarkeit (0, 5 − 200 W).
1.5.2.2 Widerstandsmaterial
Konstantan: Cu-Ni Legierung (54% Cu, 44% Ni, 2% Mn) Temperaturbeiwert: −40 ppm/°C
für Präzisions- und Messwiderstände geeignet
hohe Thermospannung gegen Kupfer) für Thermoelemente verwendet
Elektrische BAUELEMENTE WiderständeWiderstände
Florian Kurcz Bauarten von Festwiderständen
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Manganin: Cu-Mn Legierung Temperaturbeiwert: +20 ppm/°C
hauptsächlich für Messwiderstände verwendet
1.5.2.3 Bauformen
auf Trägerrohr: für kleinere Leistungen
im Keramikgehäuse: für größere Leistungen mit Keramikkühlkörper
im Aluminiumgehäuse: sehr hohe Belastbarkeit, isolierter Einbau in einem Al-Kühlkörper
1.5.3 Widerstände in der Mikromodultechnik
Widerstände, Dioden, Transistoren und Kondensatoren werden zu einer Schaltung vereinigt und mit
Kunststoff um presst = Modul.
1.5.3.1 Dickschichttechnik (Dickfilmtechnik)
Herstellung der Widerstände aus Metallpasten (Mischung aus Metallen, Metalloxiden und Glas =
CERMET = Keramik-Metall).
Diese Pasten werden nach dem Siebdruckverfahren auf das Trägermaterial (z.B. Keramikplättchen)
gedruckt und anschließend eingebrannt. Beim Siebdruckverfahren wird das Sieb, an den Stellen die
frei bleiben sollen, verstopft. Danach wird das Sieb auf das Plättchen gelegt und die Paste durch das
Sieb gedrückt. Die Leiterbahnen werden mit einer speziellen Paste aufgedruckt.
Ein nachträglicher Abgleich mit Laser ist möglich.
Anwendung: Widerstandsnetzwerke
Widerstandspaste
Keramikkörper
Anschlüsse
1.5.3.2 Dünnschichttechnik (Dünnfilmtechnik)
Auf einem Keramikplättchen wird eine Paste mit Fenstern aufgebracht. Ist ein Fenster in der Maske,
entstehen beim aufdampfen Widerstandsschichten. Mit dem Laserstrahl abgleichen des
Widerstandwertes auf ±0,1%
1.5.3.3 Massewiderstände
Sie werden durch Zusammenpressen einer Widerstandsmasse mit einem Bindemittel hergestellt,
wobei die Anschlussdrähte mit eingepresst werden.
Es steht der gesamte Querschnitt für die Stromleitung zur Verfügung) Massewiderstände können
sehr klein hergestellt werden.
Elektrische BAUELEMENTE WiderständeWiderstände
Florian Kurcz Einstellbare Widerstände
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1.6 Einstellbare Widerstände
1.6.1 Allgemein
Trimmpotentiometer Potentiometer
(Trimmer)
Bei einstellbaren Widerständen kann die Größe des Widerstandswertes in einem bestimmten
Bereich eingestellt werden. Die Einstellung erfolgt mit einer Drehachse bzw. mit einem Schieber
(Potentiometer) oder mit Hilfe eines Schraubenziehers (Trimmer).
Die einfachsten einstellbaren Widerstände sind ungeschützte Drahtwiderstände mit einer
Abgreifschelle. Bei den meisten einstellbaren Widerständen wird der Widerstandswert mit Hilfe
eines Schleifkontaktes abgegriffen. Dieser kann über eine bestimmte Länge der Widerstandsbahn
bewegt werden = Arbeitsbereich. Die Widerstandsbahn ist kreisförmig (Drehpotentiometer) oder
gerade (Schiebepotentiometer und Spindelpotentiometer) ausgebildet.
1.6.1.1 Eigenschaften
Jeder einstellbare Widerstand hat einen kleinsten und einen größten Wert (=Nennwert). Dazwischen
sind sehr verschiedene Widerstandsverläufe möglich.
R
EinstellbereichDrehwinkel
RNenn
100%
linear
pos. log
neg. log
Bei linearem Widerstandsverlauf nimmt der Widerstandswert pro mm Bahnverlängerung immer um
den gleichen Betrag zu. Bei positiv-logarithmischem Widerstandsverlauf nimmt der Widerstand pro
mm Bahnverlängerung zunächst sehr langsam zu, steigt gegen Ende des Arbeitsbereiches aber stark
an. Widerstände mit positiv-logarithmischem Verlauf verwendet man zur Lautstärkeeinstellung, da
die Empfindlichkeit des menschlichen Ohres einen ähnlichen Verlauf hat) pro Drehwinkelgrad ergibt
sich dann eine annähernd gleichmäßige Lautstärkezunahme.
Schleifer
Schleifer Gewinde R-Schicht
Drehpotentiometer Schiebepotentiometer Spindelpotentiometer
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Florian Kurcz Einstellbare Widerstände
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1.6.2 Einstellbare Schichtwiderstände
1.6.2.1 Aufbau, Eigenschaften
Werkstoff: ähnlich wie bei festen Schichtwiderständen
möglichst hohe Abriebfestigkeit und ein geringes Drehrauschen (Störspannung,
die beim Drehen des Schleifers entsteht und im Lautsprecher zu hören ist)
Belastbarkeit: 0, 25 W − 2 W
1.6.2.2 Anwendungen
Potentiometer und Trimmer im NF-Bereich
Nachteil: Nur bedingter Einsatz im HF-Bereich. Bessere HF-Eigenschaften durch Widerstandsbahnen
aus Metallfilm oder Cermet (=Keramik-Metallschicht)
1.6.2.3 Sonderformen
Leitplastikpotentiometer: Leitplastik = duroplastisches Harz, in das Kohle eingelagert ist
Hybridpotentiometer: Drahtpotentiometer mit Leitplastiküberzug ) LPH-Poti
1.6.3 Einstellbare Drahtwiderstände
1.6.3.1 Aufbau, Eigenschaften
Draht auf Keramikträger gewickelt. Wicklung wird meist mit einer Glasurschicht umhüllt
(Schleiferbahn bleibt frei).
Als Schleifer verwendet man Kontaktfedern oder Kohlekontakte.
Sehr hohe Belastbarkeit (bis 1 kW).
Nur stufig einstellbar (kleinste Abstufung ist der Widerstandswert einer Drahtwindung).
1.6.3.2 Anwendungen
Für große Leistungen
Nachteil: Große Induktivität
1.6.3.3 Sonderform Wendelpotentiometer
Einstellbereich: 10 * 360°
Der Schleifer bewegt sich in mehrfachen Umdrehungen entlang einer Wicklung, die wendelförmig am
Innenmantel des Gehäuses angeordnet ist.
Verwendung als Präzisionsgerät in Messeinrichtungen.
Vorteile: kleine Toleranzen, geringe Linearitätsabweichungen, hohes Auflösungsvermögen
Elektrische BAUELEMENTE Kondensator
Florian Kurcz Grundbegriffe
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2 Kondensator
2.1 Grundbegriffe
2.1.1 Definition
C ….. Kapazität Q ….. Ladung U …… Spannung
Jede Anordnung aus 2 Leitern, die nicht kurzgeschlossen sind hat eine bestimmte Kapazität.
Die Kapazität eines idealen Plattenkondensators:
A
d
……. Dielektrizitätskonstante
……. Dielektrizitätszahl A …….. Fläche d ……… Abstand
Man sieht aus der Formel folgendes:
C wird umso größer, je größer A ist.
C wird umso größer, je kleiner d ist.
Für techn. Anwendungen braucht man normal größere C. Dafür gibt es 3 Möglichkeiten.
großes A
kleines d
großes r
2.1.2 Kenndaten
Kapazität (Reihenwerte E6)
Toleranz der Kapazität
Spannungsfestigkeit, Nennspannung (max. erlaubte Spannung)
Verlustfaktor (tan ) z.B. tan = 0 kein Leckstrom
tan > 0 großer Leckstrom
2.2 Bauformen
2.2.1 Keramikkondensator
Den gewünschten Kapazitätswert erreicht man mit einem Keramikdielektrikum mit sehr hohen r
HDK Massen: Hohe Dielektrizitäts Konstante
r zwischen 1000 und 10000
Nachteil: hoher Verlustfaktor.
NDK Massen: Niedrige Dielektrizitäts Konstante (für Kapazitäten von 1p – 1nF.)
r ist kleiner 1000
Vorteil: kleinerer Verlustfaktor, bessere Temperaturstabilität.
Elektrische BAUELEMENTE KondensatorKondensator
Florian Kurcz Anwendungen
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Keramikkondensatoren haben eine sehr niedrige Induktivität, deswegen sind sie für HF
Anwendungen besonders gut geeignet.
2.2.2 Wickel- Schicht- oder Kunststoffkondensatoren
Dielektrikum: Kunststofffolie
Durch Wicklung oder Schichtstruktur erhält man besonders große Flächen.
Kapazitätswerte n - µF höchstens 10µF
2.2.3 Elektrolytkondensatoren
Mit Elektrolytkondensatoren kann man sehr große Kapazitätswerte realisieren.
2.2.3.1 Aluminium Elektrolytkondensator (Al-Elko)
Zwischen 2 Aluminiumfolien liegt eine mit Elektrolyt gedrängte Papierfolie (leitend). Durch einen
elektrolytischen Prozess (formieren) erzeugt man auf der Anodenfolie (+ Pol) eine seht dünne Schicht
Aluminiumoxid, diese bildet das Dielektrikum.
Eigenschaften
Sehr hohe C-Werte bis mF
Darf nur in der richtigen Polung betrieben werden
Relativ hoher Verlustfaktor (relativ hoher Leckstrom)
2.2.3.2 Tantal Elektrolytkondensator (Ta-Elko)
Die Anode ist ein poröser Tantal Sinter Körper (große Oberfläche). Hier wird eine Oxidschicht als
Dielektrikum aufgebracht.
Eigenschaften:
Etwas kleinere Verlustfaktor
Keine großen Kapazitäten
2.3 Anwendungen
2.3.1 Stützkondensator
IC1
C1
IC
R1
C1Vcc Vcc
Elektrische BAUELEMENTE KondensatorKondensator
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Annahme:
UB ist konstant. Die Stromaufnahme des ICs ist variabel. Die Versorgungsspannung UB1 am IC hängt
dann von der Stromaufnahme ab.
UB1=UB-URL (URL……variabel)
Funktion eines Stützkondensators:
Spannungsbereich wird aufgeteilt. Der Kondensator nimmt den IC einen Teil der Spannung
Bsp.:
Geg: UB=5V, RL=0,5Ω
Stromaufnahme 700A für eine Dauer von 50ns.
Ges: Spannungseinbruch ΔU, ΔU mit C=2,2µF
2.3.2 Filteranwendung
Kondensatoren haben einen frequenzabhängigen Widerstand. Man kann damit Filterschaltungen
realisieren, die verschiedene Frequenzen verschieden gut durchlassen.
2.3.2.1 Tiefpass
R1
C1uAuE
2.3.2.2 Hochpass
R1
C1
u2u1
2.3.2.3 Kondensator aufladen
t=0
UB
R
C UC
Zum Zeitpunkt t=0 wird der Schalter geschlossen
…… Zeitkonstante
Elektrische BAUELEMENTE KondensatorKondensator
Florian Kurcz Anwendungen
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Bsp: Wie lange dauert es bis der Kondensator bis zur Hälfte seiner ursprünglichen Spannung entladen ist.
2.3.2.4 Kondensator entladen
…… Zeitkonstante
Bei Kippschaltungen verwendet man solche Auf und Entlade Vorgänge von k Kondensatoren. Ein
schwellwert Schalter unterbricht den Umladevorgang bei einer bestimmten Spannung. Daraus ergibt
sich eine definierte Impulszeit.
Bsp.: Ein Kondensator wird über R aufgeladen. Der Aufladevorgang wird bei 2/3 UB unterbrochen. Wie
lange dauert der Vorgang von Beginn bis zum Unterbrechen.
0%
33%
67%
100%
0 1 2 3 4 5 6
0%
33%
67%
100%
0 1 2 3 4 5 6
C R
t=0
UC UR
Der Kondensator ist auf UB aufgeladen. Der Schalter S wird zum Zeitpunkt t=0 geschlossen
t,
U
t,
U
Elektrische BAUELEMENTE Spulen
Florian Kurcz Grundbegriffe
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3 Spulen
3.1 Grundbegriffe
L ……… Induktivität [H] N ……… Windungsanzahl L ……… magnetischer Fluss [Wb] B ……… Flussdichte [T]
3.1.1 Verhalten einer Spule
Jeder Stromfluss ist von einem Magnetfeld begleitet. Bei einer Strom durchflossenen Leiterschleife
ergibt sich ein rechtswendig zugeordneter Fluss. Wenn der Strom durch die Schleife zeitlich
veränderlich ist, wird aufgrund des Ruheinduktionsgesetzes eine Spannung induziert, welche die
Strom Veränderung hemmt.
Spulen haben ein stromträges Verhalten
L
UL(t)
i(t)
3.2 Bauformen
Für größere Induktivitäten braucht man Spulenkerne mit µr deutlich größer 1.
3.2.1 Kerne aus Eisenblech
Sie bestehen aus geschichteten Blechen, die gegeneinander isoliert sind, um Wirbelstromverluste
gering zu halten. Sie sind bis ca. 20kHz geeignet, trotzdem aber zu große Verluste.
Induktivitätsbereich: 0,1-10H.
3.2.2 Hochfrequenzeisenkerne
Eisenpulver wird mit flüssigem Kunststoff vermengt => die Pulverteilchen sind weitgehend von
einander isoliert => sehr geringe Wirbelströme
Induktivitäten: 0,000001-0,01H
3.2.3 Ferritkerne
Ferrite sind keramische Stoffe aus Nichtleitenden Metalloxiden (hohes µ, aber elekt. nicht leitfähig).
HF Tauglichkeit noch etwas besser als bei Eisenpulverkernen.
3.3 Anwendungen
3.3.1 Tiefpass
R
L
uAuE
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3.3.2 Hochpass
R
L uAuE
3.3.3 Spule einschalten
…… Zeitkonstante
3.3.4 Spule ausschalten
Beim Abschalten einer stromdurchflossenen Spule entsteht eine sehr große
Selbstinduktionsspannung, die einem Überschlag am Schalter bewirken kann.
i
t
I0
Die Spannung ist nicht durch die Versorgungsspannung begrenzt.
…… Zeitkonstante
0%
33%
67%
100%
0 1 2 3 4 5 6
0%
33%
67%
100%
0 1 2 3 4 5 6
t,
I
t,
I
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4 Dioden
4.1 Grundlagen
4.1.1 Grundbegriffe
4.1.1.1 Energiebänder
Die Stromleitung in Festkörpern erfolgt durch bewegliche Ladungsträger, im Allgemeinen Elektronen.
Obwohl alle Atome Elektronen enthalten ist die Leitfähigkeit verschiedener Stoffe sehr
unterschiedlich. Dafür ist die Energiesituation von Elektronen verantwortlich.
Elektronen umkreisen den Atomkern auf so genannten Schalen.
x0LeitungsbandValenzband
Energiebänder
In Festkörper entspricht jeder Schale ein Bereich von möglichen Energiewerten für die Elektronen auf
dieser Schale. Diese Energiebereiche werden als Energiebänder bezeichnet.
<0.
Valenzband
Die Elektronen der äußersten Schale heißen Valenzelektronen.
Ihr Energieband heißt Valenzband.
Leitungsband
Nächst höheres Energieband
Elektronen mit diesen Energiewerten sind frei im Festkörper beweglich.
Sie werden als Leitungselektronen bezeichnet und sind für die Elektronische Leitfähigkeit eines
Stoffes verantwortlich.
Verbotene Energie
Zwischen den Energiebändern liegen Energiewerte, die Elektronen nicht stabil annehmen
können.
4.1.1.2 Stromleitung in Festkörpern
Sind in einem Festkörper freibewegliche Elektronen vorhanden (Leitungselektronen), so werden sie
bei Anlegen einer elekt. Spannung durch die Feldstärke E gleichmäßig beschleunigt.
QF=Q . E
konstante Beschleunigung bei konstanter Kraft.
Sie stoßen allerdings immer wieder in Gitteratome und werden dabei abgebremst.
es stellt sich eine mittlere Geschwindigkeit der Elektronen ein, die zur Feldstärke und somit zur Spannung proportional ist.
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in Festkörpern gilt das ohmsche Gesetz
……. Geometrie
……. Materialkonstante
ρ hängt hauptsächlich von der Anzahl der freibeweglichen Elektronen ab. Diese hängt vom
Abstand der zwischen Valenz und Leitungsband.
Isolatoren:
Leitungsband
Valenzband
W> 3eV
eV ist eine Energieeinheit für den atomaren Bereich.
1eV ist die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron ( |Q| = 1,602 . 10-19), gegen ein elekt. Feld
um eine Potentialdifferenz von 1V zu verschieben. 1eV = 1,602 . 10-19 J
Ein Beispiel für einen Isolator ist Porzellan.
Metalle:
Leitungsband
Valenzband
Valenz und Leitungsband sind überlappt => die Valenzelektronen sind im Stoff frei beweglich =>
Metalle leiten auch bei tiefen Temperaturen sehr gut.
z.B. Kupfer ρ=0,0178
Halbleiter:
Leitungsband
Valenzband
W< 3eV
z.B. Silizium Si ∆W = 1,12eV (wichtigster Halbleiter)
Germanium Ge ∆W = 0,72eV
ρSi ≈ Ωm
Bei Zimmertemperatur sind nur wenige Elektronen im Leitungsband.
Durch Temperaturerhöhung steigt die Wahrscheinlichkeit, dass Elektronen ins Leitungsbad
kommen.
Die Leitfähigkeit ist stark temperaturabhängig!
Der Richtwert bei Silizium, die Leitfähigkeit verdoppelt sich etwa pro 10° Temperaturerhöhung.
Exponentielles Temperaturverhältnis!
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- Generation (entspricht Ionisation)
Ein Valenzelektron wird unter Energiezufuhr (z.B. thermische Energie) ins Leitungsband
gebracht. Es entsteht daher ein freies Elektron und eine Fehlstelle (Loch). Auch das Loch ist
durch Platzwechselvorgänge mit Elektronen beweglich. Es verhält sich wie eine bewegliche
positive Elementarladung.
- Rekombination
Ein Leitungselektron kehrt unter Energieabgabe ins Valenzband zurück und füllt somit ein
Loch aus. Es verschwindet ein Ladungsträgerpaar.
4.1.1.3 Dotierung
a. N-Leitung
Silizium
Arsen
WD
L
V
W [eV]
WD ~ 22meV
Halbleiter sind meist vierwertige Stoffe. In das Kristallgitter eines solchen Halbleiters werden
fünfwertige Fremdatome eingebracht. Da nur 4 Valenzelektronen für die Bindung benötigt
werden, ist das jeweils fünfte Elektron sehr locker gebunden. Das fünfwertige Material wird als
Donator (Elektronenspender) bezeichnet.
Mögliche Donatoren sind Arsen As, Phosphor P, Antimon Sb.
Neues zusätzliches Energieniveau = WD
Sehr nahe am Leitungsband.
b. P-Leitung
Silizium Indium
WA
L
V
W [eV]
WA ~20meV
Neues Energieniveau knapp über den Valenzakzeptor.
P-Leitung erreicht man durch Dotierung mit dreiwertigen Stoffen, Akzeptoren (Empfänger).
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Mögliche Akzeptoren sind Bor B, Aluminium Al, Indium In.
Wenn das Niveau ( WD) sehr hoch ist, wird wenig Zusatzenergie benötigt, um Elektronen ins
Leitungsband zu bringen.
Temperaturabhängigkeit der Störstellen
Die Leitfähigkeit eines Nichtdotierten Halbleiters ist sehr stark Temperaturabhängig
(exponentiell). Die Leitfähigkeit eines dotierten Halbleiters hängt sehr wenig von der
Temperatur ab.
Grund: Die Energiedifferenz zwischen Donatoren und Leitungsband ist so klein, dass sich bei der
Temperaturerhöhung nicht mehr verändern kann.
4.1.2 PN Übergang
4.1.2.1 Aufbau
Diffusion
Bewegliche Teilchen sind grundsätzlich bestrebt, dichte Unterschiede auszugleichen => die
Teilchen bewegen sich in Richtung dichte Abnahme.
In N Halbleitern gibt es wesentlich mehr bewegliche Elektronen als im P Halbleiter => Elektronen
diffundieren (wandern) von N in den P Halbleiter.
+ + + +
+ + + +
- - - - -
- - - - -
P NdP dN
E
x
x
ND, n
NA, p
ND, n
NA, p
x
E
E
x ......Elektrisches Potential
E......Elektrisches Feld
........Raumladungsdichte
ND.......Donatorendichte
NA.......Akzeptorendichte
n...........Elektronendichte (freie Elektronen)
p...........Löcherdichte
dN.......Breite der Raumladungszone im N Bereich
dP.......Breite der Raumladungszone im P Bereich
d = dN + dP
Diagramm 1
ND bzw. NA sind in den dotierten Halbleiterbereichen konstant. In N- dotierten Halbleiter gilt zum
Beispiel: n ~ ND
Im Bereich des Übergangs wandern freibewegliche Elektronen auf der P Seite ab. Die Kurve n(x)
und p(x) sinken also auf Null.
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Diagramm 2
Durch das Abwandern von beweglichen Ladungsträgern bleiben die unkompensierten Ladungen
der Donatoren bzw. Akzeptoren zurück.
+ auf der N - Seite
- auf der P – Seite
Den gelben Bereich nenn man Raumladungszone (Färbige in der Skizze)
Diagramm 3
Wo es eine Ladung gibt dort gibt es auch eine elektrische Feldstärke
Maximum ist fast immer direkt beim Übergang.
Diagramm 4
Obwohl keine äußere Spannung angelegt wurde ist die Potentialdifferenz zwischen der N und der
Seite größer Null.
Typische Werte: Silizium Si: 0,6 – 0,7V, Germanium Ge: 0,3 – 0,4V
Wenn man versucht bei einer Diode Spannung zu messe wird man kein Ergebnis erhalten.
Kontaktspannungen heben sich im geschlossenen Bereich auf.
4.1.2.2 Polung in Sperrrichtung
UR +-
+ -
P N
E
x
x
x
Kontaktierungen
d0
d
E
Kennzeichen der Sperrrichtung
Plus Pol auf der N Seite
Minus Pol auf der P Seite
Die beweglichen Ladungsträger (Elektronen) werden von den Polen auseinander gezogen => die
Raumladungszone wird breiter =>Dadurch ist die Raumladungszone angezogen => die Diode sperrt.
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4.1.2.3 Polung in Durchlassrichtung
UF-+
+
P N
Kontaktierungen
d0
d0
d
Diffusionszone
+
++
Diffusionszone
- Kennzeichen der Durchlassrichtung
Plus Pol auf der P Seite
Minus Pol auf der N Seite - Majoritätsträger
Mehrheitsladungsträger zum Bsp. Elektronen am N- Halbleiter oder Löcher am P-Halbleiter
- Minoritätsträger Löcher auf der N Seite und Elektronen auf der P Seite
Die beweglichen Ladungsträger (Elektronen) werden von den Polen abgestoßen und auf die
Raumladungszone zugedrängt => die Raumladungszone wird kleiner => PN Übergang leitet.
Wenn UF ~ DU ist, wird die Raumladungszone völlig abgebaut und der PN Übergang leitet gut
- Diffusionszone Bei Polung in Durchlassrichtung durchqueren Elektronen und Löcher die verkleinere
Raumladungszone Auf der anderen Seite stauen sie sich bevor sie mit der dortigen
Majoritätsträger rekombinieren. Diese Stauzone nennt man Diffusionszone (Diffusionskapazität)
4.1.2.4 Herstellung eines PN Übergangs
P und N Material müssen ohne Trennschicht (Kleber) mit einander verbunden sein
=> PN Übergänge werden aus EINEM Halbleiterstück hergestellt. Zuerst wird das ganze
Halbleiterstück mit der niedrigeren Dotierung übersehen, danach überlagert man in einem Teil des
Halbleiters diese mit einer höheren gänglichen Dotierung.
N+
P
ND>>NA
SILIZIUM
4.1.2.5 Arten der Dotierung
- Diffusion Der Siliziumkristall der dotiert werden soll wird auf größer 1300°C aufgeheizt, nun wird ein Gas über das Silizium geleitet welches die Dotierungsatome enthält (z.B.: PCl3 für Phosphordotierung => N- Dotierung) durch die hohe Temperatur können die Dotierungsatome durch das aufgelockerte Kristallgitter eindringen.
- Ionenimplantation Dabei werden die Dotierungsatome ionisiert und anschließend beschleunigt und auf dem Halbleiter geschossen (96000km/h).
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4.2 Gleichricht- und Schaltdioden
4.2.1 Kennlinie
UF [V]
IF [mA]
UR [V]
IR [µA]
Si
Ge
Imax 10
Us(Ge), US(Si)
US(Ge) = 0,3-0,4V US(Si) = 0,6-0,7V
4.2.1.1 Durchlassrichtung
Kennlinie hat grundsätzlich exponentielles Verhalten. Is….. Sättigungssperrstrom
I …… Diodenstrom U….. Diodenspannung UT…. Temperaturspannung [V] => ~25,7mV bei 20°c
KB… . Bolzmannkonstante => 1,38*10-23 Ns/K T ….. Temperatur [K] QE…. Betrag der Elementarladung
Bahnwiderstand (RB)
Die Halbleiterzonen außerhalb des PN Übergangs haben einen ohmschen Widerstand größer 0. Er
wird als Bahnwiderstand bezeichnet. Er wirkt wie ein Serienwiderstand und verändert somit die
exponentielle Kennlinie. Größenordnung des RB im Ω- Bereich
=>RB DEXPD
I
U
RB DEXP D
Schleusenspannung Us
Wenn man die Kennlinie für größere Ströme darstellt, hat sie einen oder mehr oder weniger
deutlichen Knick (bei US)
U<US… Diode leitet schlecht
U>US… niederohmiges Verhalten Us~UD
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4.2.1.2 Sperrrichtung
Hier besteht die Kennlinie prinzipiell aus 2 Teilen.
a. Sperrbereich
Bei kleiner Spannung fließt ein kleiner Sperrstrom (meist kleiner µA) er hängt nur wenig von der
Sperrspannung ab.
Ursache: Minoritätsträger welche durch thermische Regeneration in der Raumladungszone
entstehen => der Sperrstrom ist relativ stark Temperaturabhängig.
IR….. Sperrstrom bei der Temperatur T IR0…. Sperrstrom bei der Bezugstemperatur T0 C1….. Konstante
Bsp.:
Aus der Durchlassrichtung im Datenblatt ist der Bahnwiderstand abzuschätzen:
U
I
I
U
Wenn eine bestimmte Spannung überschritten wird, steigt der Sperrstrom stark an => die Diode leitet dann auch in Rückwärtsrichtung. Dafür sind zwei Effekte verantwortlich:
1. Zenereffekt
Die Feldstärke wird so groß, dass Valenzelektronen durch die Kraft des Feldes losgerissen werden.
2. Lawineneffekt
Minoritätsträger, die als Sperrstrom durch die Raumladungszone wandern, werden durch die hohe Spannung so schnell, dass sie stoßionisieren können (sie prallen auf Gitteratome und schlagen mit der kinetischen Energie weitere Atome heraus). Die Ladungsträger vervielfachen sich Lawinen artig.
Beim Durchbruch einer Diode sind beide Effekte beteiligt. Bei hoher Dotierung überwiegt der Zenereffekt, bei niedriger Dotierung der Lawineneffekt.
Je höher die Dotierung einer Diode, desto niedriger ist die Durchgangsspannung (siehe Z-Diode)
Wenn der Strom begrenzt wird, wird die Diode beim Durchbruch nicht zerstört. Zerstörung erfolgt thermisch.
- Temperaturabhängigkeit der Diodenkennlinie
U
I
T=T0
T>T0
U U1 U2
I
I1
I2
Bei konstantem Strom sinkt die Spannung bei steigender Temperatur Bei konstanter Spannung steigt der Strom bei steigender Temperatur
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4.2.2 Grenzdaten
Sind Betriebsgrößen, die unter keinem Fall überschritten werden soll.
- Sperrspannung UR (reverse)
max. erlaubte Gleichspannung d.h. Dauerspannung in Rückwärtsrichtung.
- Durchlassstrom IF (forward)
max. erlaubter Gleichstrom.
- Spitzenstrom
Für kurze Zeit darf der Diodenstrom auch höher als der max. erlaubte Durchlassstrom IF
werden. Die mittlere Verlustleistung ist von Bedeutung. Bsp.:
Eine Diode wird mit einem rechteckigen Impulsförmigen Strom durchlassen, f = 1kHz, Impulsdauer: 50µs Ges. IF
- Ptot
Verlustleistung tot...total (Gesamtverlustleistung)
gilt sowohl für Vorwärts, als auch in Rückwärtsrichtung. Hängt von der Baugröße, Bauform und dem Material ab.
- Sperrschichttemperatur
TJ siehe Kühlkörpertemperatur (J ... Junction (Sperrschicht))
4.2.3 Statische Kenndaten
Statische Kenndaten sind Kennwerte, die keine Zeitabhängigkeit beinhalten oder beschreiben.
Eine genaue Beschreibung des Bauelementverhaltens ist natürlich nur mit Kennlinien möglich. Die
statischen Kenndaten liefern nur einige ausgewählt Richtwerte.
4.2.4 Dynamische Kenndaten
Dynamische Kenndaten beschreiben direkt oder indirekt eine Zeitabhängigkeit des Bauelements.
Die Größe einer Sperrschichtkapazität ist immer in pF.
4.2.4.1 Sperrschichtkapazität C
Bei einer in Sperrrichtung gepolten Diode entsteht in der Raumladungszone eine Ladung, die von der
Sperrspannung abhängt => die Anordnung hat eine Kapazität.
Unterschiede zu einem normalen Kondensator: - Die Ladung ist räumlich verteilt, es gibt daher keinen eindeutigen Plattenabstand - Die Kapazität hängt von der angelegten Spannung ab.
Man muss daher C etwas anders definieren:
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Spannungsabhängigkeit
K...... Konstante UD.... Diffusionsspannung (0,7V bei Si) UR.... Sperrspannung
Bsp.:
C5 = 2,5pF Ges. C7 U = 5V => C5 = 2,5pF, U = 7V => C7 = ?
Die Sperrschichtkapazität liegt praktisch immer in pF.
4.2.4.2 Schaltzeit beim Umschalten tRR
i(t)
u(t)
Rv
tRR ……Reverse Recovery Time = Rückwärtserholzeit
tRR
10%.IRmax
IRmax
i(t)
u(t)
t
Wenn eine Diode von Durchlass in Sperrrichtung gepolt wird, sperrt sie nicht sofort.
Ursache: Die gesamte Ladung in den Diffusionszonen muss erst abgebaut werden
(Diffussionskapazität CD). Auch die Sperrschichtkapazität ist beteiligt meist sie deutlich kleiner als die
Diffusionskapazität.
4.2.4.3 Dynamischer Widerstand
rF…… differenzieller Widerstand
Näherungsformel
UT…… Temperaturspannung IF…….. Durchlassstrom
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4.2.5 Anwendungen von Gleichrichter
Einweggleichrichter mit ohmscher Last
Einweggleichrichter mit Glättkondensator
Zweiweggleichrichter in der Mittelpunktschaltung
Zweiweggleichrichter im Brückengleichrichter
Einfache Akku Ladeschaltungen
Spannungsverdoppler (Delon Schaltung)
Spannungsvervielfacher (Villard Schaltung)
4.2.5.1 Einweggleichrichter mit ohmscher Last
UD(t)
U1(t) U2(t)
i(t)
U
t
0,7
u2(t)
u1(t)
I
t
i(t)
UD
t
…max. Diodenstrom
…Gleichspannungsanteil
…Gleichsstromsanteil
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4.2.5.2 Einweggleichrichter mit Glättkondensator
UD(t)
U1(t)
U2(t)
i(t)
U1(t)
RL
C
t
t
t
U1(t) URL(t)U2(t)
U
i
UD
Fläche2 die zufließende LadungFläche1 Die abfließende Ladung (Q = i.t)
2.U
0,7V
iL(t)
iD(t)
RL=
RL<
Die Fläche unter der Kurve ID(t) ist gleich groß wie die Fläche von iL(t).
d.h. die den Kondensator zufließende Ladung muss der abfließenden Ladung entsprechen.
Die Ausgangsspannung u2(t) ist eine wellige Gleichspannung. Der reine Wechselanteil dieser
Spannung wird als Brummspannung bezeichnet.
Brummspannung
t
TE
UBRSS
BB…. Brumm SS….. Spitze Spitze
Berechnung der Brummspannung
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IDmax….Max. Diodenstrom
UDmax ….Max. Diodenspannung
…Gleichspannungsanteil
…Gleichstromanteil
4.2.5.3 Zweiweggleichrichter mit Mittelpunktschaltung
U1(t)
U2(t)
i(t)
U1(t)
RL
C
t
i
Fläche1 Fläche2 Fläche3
Alle Flächen sind gleich groß
iL(t)
iD2(t)
iD1(t)
U1(t)
t
t
U2(t)
U2(t)
GlättungU2(t)
UBRSS ist halb so groß wie bei der Einwegschaltung, da doppelt so viele Ladevorgänge stattfinden
IDmax….Max. Diodenstrom
max. Diodenstrom ist niedriger als bei der Einwegschaltung, weil doppelt so
viele Ladevorgänge stattfinden
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UDmax ….Max. Diodenspannung
…Gleichspannungsanteil
…Gleichstromanteil
4.2.5.4 Zweiweggleichrichter mit Brückenschaltung
U1(t)
D1 D2
D4D3
CRL
U2(t)
iL(t)
Spannungs-, und Stromkurven sind sehr ähnlich wie bei der Mittelpunktschaltung
Unterschiede:
- 4 statt 2 Dioden - Doppelter Diodenspannungsabfall in einem Zweig
UDmax …. Max. Diodenspannung
… Gleichspannungsanteil
… Gleichstromanteil
4.2.5.5 Einfache Akku-Ladeschaltungen
Ri = 0,2Ω, Û1=15V, UA= 12V
UD(t)
U1(t)U2(t)
i(t)D
UA
Ri
Û1 – UA – Î . Ri - 0,7V = 0
Elektrische BAUELEMENTE DiodenDioden
Florian Kurcz Gleichricht- und Schaltdioden
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t
t
Uu1(t)
uA
I
4.2.5.6 Spannungsverdoppler (Delon-Schaltung)
U1(t)
U2(t)
i(t)D1
C1+
C2+
D2
U
t
U2(t) für RL=2.U
Eigenschaften
4.2.5.7 Spannungsvervielfacher (Villard-Schaltung)
U1 D1
D2C1
C2 RU2
+
+
U
t
U2(t) für RL=
2.U
U1(t)
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Eigenschaften
Vorteil: Die Villardschaltung kann kaskadiert werden, um höhere Ausgangsspannungen zu
erreichen.
4.2.6 Dioden Bezeichnungsschema
4.2.6.1 JEDEC
Joint electronic devices enginering council
Verband für elekt. Geräte Dioden: 1NXXXX z.B. 1N4148 1N……. PN Übergang Die Nummer gibt keine nähere Auskunft
4.2.6.2 Pro Electron
YYXXX, oder YYYXX Y…..Buchstabe X…..Ziffer
Die Buchstaben liefern eine nähere Beschreibung der Bauelementfunktion:
1. Buchstabe
Bezeichnet das Material A…Germanium B…Silizium C…Material mit Bandabstand > 1,3eV (Gallium Arsenid, GaAs) D… Bahnabstand < 0,6eV (Indiumantimonid InSb)
R Spezielles Material für Fotohalbleiter
2. Buchstabe
Kennzeichnet die Hauptfunktion des Bauelements. A…….Diode allgemein B…….Kapazitätsdiode P…….Strahlungsempfindliches Bauelement (Fotodiode) Q……Strahlungserzeugendes Bauelement (LED = Light emitting diode) Y……Leistungsdiode Z……Zenerdiode (Bezugs, oder Referenzdiode)
3. Buchstabe
Man unterscheidet industrielle (nur mit 3. Buchstabe) von kommerziellen Bauelementen.
X, Y, Z sagt nichts Näheres aus.
4.3 Zenerdiode
Zenerdioden sind Silizium Dioden mit speziellen Durchbruchsspannungen. Sie sind im Betrieb für
Durchbruch gedacht.
Schaltsymbol:
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Florian Kurcz Zenerdiode
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4.3.1 Kennlinien
Der Arbeitsbereich der Zener Diode liegt im Durchbruch. Man nützt den steilen Teil der Kennlinie zur
Spannungsstabilisierung => Die Spannung an der Z-Diode soll möglichst konstant bleiben, auch wenn
sich der Strom ändert.
Wenn dieser min. Strom unterschritten wird, kommt man aus dem steilen Bereich der Kennlinie. Die
Spannung sinkt zu stark ab, meist ist IZmin = IZN (Nennstrom IZN = 5mA)
IZmax ist durch Ptot begrenzt.
UR[V]
IZ[mA]
I2min IZN
IZmax
UZN
Ptot
UF[V]0,7~~
I
4.3.2 Kenngrößen
4.3.2.1 Grenzdaten (Wärmewiderstand)
Unterscheiden sich nicht wesentlich von normalen Dioden.
4.3.2.2 Kenndaten
a. Nennspannung UZN
Die Spannung beim Nennstrom. Die Nennspannungswerte sind nach Normreihen abgestuft z.B. E24 bei der BZX83 (24 Werte pro Dekade) E6 ± 20%, E24 ± 5% Die Toleranz wird in der Bezeichnung durch einen Zusatzbuchstaben angegeben. A ± 1%, B ± 2%, C ± 5%, D ± 10%
Bsp:
BZX 83 C 4V7
B ….…. Silizium Z …..… Z-Diode X …….. Industrietyp C …….. ±5% (E24) 4V7 …. 4,7 Volt
b. Dynamischer Widerstand
Im 10Ω Bereich Differenzieller Widerstand der Z-Diode. Im Arbeitsbereich sollte er möglichst klein sein.
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Florian Kurcz Zenerdiode
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c. Sperrstrom
IR<2,1µA bei UR=4,7V
d. max. zulässiger Z-Strom IZmax
Siehe Ptot mit der Formel
e. Temperaturkoeffizient von UZ
Die angegebenen Werte sind mit 10-4 zu multiplizieren
z.B. 4,7V
In diesem Fall ist der Temperaturkoeffizient 2.10-4K-1
Uz(T) = Uz(T0) . [1+ TK.(T-T0)]
y = k . x
4.3.3 Spannungsstabilisierung mit Z-Dioden
UE(t)
Rv
RLD
iL(t)
iZ(t)URV(t) UL
4.3.3.1 Funktion
Wenn UE>UZN begrenzt die Z-Diode die Spannung.
Die Differenz zwischen UE und Uz fällt dann an RV ab.
4.3.3.2 Dimensionierung
Der Arbeitspunkt soll im Arbeitsbereich der Z-Diode liegen, obwohl sie mit UE(t) und iL(t) ändern.
1. Fall
iL = 0, UE(t)…..UEmin, UEmax
2. Fall
iL(t)…iLmin, iLmax
Elektrische BAUELEMENTE DiodenDioden
Florian Kurcz Zenerdiode
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Bsp.:
UE = 12-17V
DZ = BZX 83 8V2
ges.: RVmin, RVmax, = RL=0
ges.: iL=0-20mA
Diese Anforderung ist mit der Schaltung nicht erfüllbar.
ges.: ILmax
4.3.3.3 Glättungsfaktor
Geg. Ist eine Stabilisierungsschaltung und UEmin und UEmax (=ΔUE).
Ges.: UAmax und UAmin (=ΔUA)
G sollte möglichst groß sein.
Ue
Ua
G ist in Abhängigkeit von den Schaltungsparametern zu berechnen (IL=0)
R
DUE UA
Im Arbeitsbereich verhält sich die Z-Diode wie eine reale Spannungsquelle
Ersatzschaltung
Elektrische BAUELEMENTE DiodenDioden
Florian Kurcz Spezielle Halbleiterdioden
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R
UE UA
RZ
IZ
UR[V]
IZ[mA]
IZmin
UZ0UZmin
Je größer R, desto besser funktioniert die
Stabilisierung
4.4 Spezielle Halbleiterdioden
4.4.1 Kapazitätsdioden
Kapazitätsdioden sind Dioden, die mit speziell hoher Sperrschichtkapazität. Man nutzt bei ihnen die
Kapazität und nicht die Gleichrichtwertung.
Schaltsymbol:
Vorteil gegenüber normalen Kondensatoren:
Kapazität hängt von der angelegten Spannung ab => veränderbare Kapazität
gilt für normale Dioden Formel 4.4—1
Bei Kapazitätsdioden verwendet man ein etwas anderes Dotierungsprofil
=> die Formel ist daher etwas anders:
Elektrische BAUELEMENTE DiodenDioden
Florian Kurcz Spezielle Halbleiterdioden
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m = 0,5 …. 1 Formel 4.4—2
Ersatzschaltung:
C R L
R = 0,5…..5Ω
L = µH-Bereich
Man definiert eine Güte:
Anwendung
Abstimmung von Schwingkreisen (Funkempfänger,…)
4.4.2 Schottkydioden
4.4.2.1 Ohmscher Kontakt
Bringt man einen N-Halbleiter mit einem Metall in Kontakt, bei dem die Elektronen eine kleine
Austrittsarbeit haben, als die im N-Halbleiter so wandern Elektronen von Metallen in den Halbleiter
=> es bildet sich keine Raumladungszone aus. Solche Metalle verwendet man für
Halbleiteranschlüsse.
Austrittsarbeit = mittlere Energie die man Elektronen eines Stoffs damit sie den Stoff verlassen kann.
4.4.2.2 Schottky Kontakt
Hier ist die Austrittsarbeit in Metallen größer als im N-Halbleiter, daher wandern Elektronen von N-
Halbleiter in das Metall. Im Halbleiter entsteht daher eine Raumladungszone. Der Kontakt verhält
allmählich wie ein PN Übergang.
Eigenschaften
Die Schleusenspannung ist kleiner als bei normalen Si-Dioden (0,2-0,3V)
Wesentlich kürzere Schaltzeiten, durch deutlich kleinere Diffusionskapazität
Schaltzeit = tRR ~ 100ps bei Schottky Dioden und ns-µs bei PN Dioden
Sperrstrom etwas größer als bei PN Dioden
Elektrische BAUELEMENTE Transistor
Florian Kurcz Bipolar Transistor
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5 Transistor
5.1 Bipolar Transistor
5.1.1 Aufbau und Wirkungsweise
Der Name Transistor kommt vom Englischen: Transfer Resistor (steuerbarer Widerstand)
Bipolar: Der Hauptstrom besteht aus beiden Arten von Ladungsträgern (Elektronen und Löcher).
5.1.1.1 Aufbau
NPN Transistor PNP Transistor
N
P
N
B
C
E
B
C
E
P
N
P
B
C
E
B
C
E
E……Emitter (Ladungsträger Sender) C……Kollektor (Ladungsträger Sammler) B……Basis (Steueranschluss)
5.1.1.2 Schaltsymbol
NPN Transistor PNP Transistor
B
E
C
B
E
C
Der Pfeil zeigt jeweils die Durchlassrichtung des PN Übergangs an.
5.1.1.3 Funktion
B
E
C
UBE
UCE
IB
IC
E
C
5V
0,7V
Wenn der Transistor nur aus 2 Dioden bestehen würde, dann würde zwischen Kollektor und Emitter
immer sperren, ganz gleich wie die Basis angesteuert wird.
Tatsächlich verhält sich ein Transistor anders, als eine Kombination aus 2 Dioden.
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Die Ursachen sind 2 Besonderheiten im Aufbau:
- Basis ist sehr dünn (Größenordnung GO: 10µm)
- Der Emitter ist deutlich höher dotiert, als die Basis.
N
P
N+
B
C
E
w<<
RLZ Raumladungszone
UBE
~0,7V
Durch Anlegen der Basis-Emitter Schaltung fließen viele Elektronen von Emitter in die Basis, und nur
wenige Löcher in die umgekehrte Richtung (hochdotierter Emitter, niederdotierte Basis (z.B. 1%)).
Der Rest wird von dem positiven Kollektorpotential abgesaugt (z.B. 99%).
Der Basisstrom ist nur ein kleiner Teil des Emitters, oder Kollektorstroms. Der Transistor hat ein Stromverstärkendes Verhalten.
5.1.2 Kennlinien
5.1.2.1 Ausgangskennfeld
IC [mA]
UCE [V]
Sättigungs-bereich aktiver Bereich
Grenze zwischen Hoch und Niederohmigen Bereich
IB1
IB2 > IB1
IB3 > IB2
IB4 > IB3
PTOT
Das Verhalten zwischen Kollektor und Emitter hängt vom Basisstrom ab => Kennlinienschar mit IB
als Parameter.
- Sättigungsbereich UCE < UBE
Die Kollektor-Basisdiode DCB ist leicht in Durchlass gepolt => niederohmiges Verhalten =>
steilere Kennlinie.
- Aktiver Bereich UCE > UBE
z.B.: UBE ~ 0,7V, UCE ~5V
Die Kollektor-Basisdiode DCB ist gesperrt => hochohmiges Verhalten (wie eine gesteuerte
Stromkennlinie).
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5.1.2.2 Basis Emitter Kennlinie
UCE1
UCE2>UCE1
UBE [V]
IB [µA]
Hier verhält sich der Transistor wie eine Diode. UCE hat einen leichten Einfluss auf diese Kennlinie.
5.1.2.3 Stromsteuerkennlinie
IC [mA]
UCE1
UCE2>UCE1
IB [µA]
IC = f (IB)
Annähernd linearer Zusammenhang.
5.1.2.4 Übertragungskennlinie
IC = f (UBE)
Sie kombiniert Stromsteuer und Basis Emitter Kennlinie.
5.1.2.5 Komplementär Transistoren
Komplementär ….. Gegengleich (Winkel 180°+ )
PNP Transistoren verhalten sich gleich zu NPN Transistoren, sie verhalten sich komplementär, d.h.
man muss alle Vorzeichen von Spannungen und Ströme umdrehen.
B
E
C
UBE
UCE
IB
IC
NPN
B
E
C
UBE < 0
UCE < 0
IB < 0IC < 0
PNP
=> B
E
C
UECIB
IC
PNP
UEB
ideale Spannungsquelle
ideale Stromquellereale Spannungsquelle
reale Stromquelle
U
I
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5.1.3 Kenngrößen
5.1.3.1 Grenzdaten
3. Index bei Spannungen:
UCEX C… Schaft des Spannungspfeils
E… Spitze des Spannungspfeils
x … Bezeichnet den Zustand des dritten Anschlusses.
z.B. S… short circuit (kurzgeschlossen)
0… Basis is open (offen)
UEB: Diese Spannung darf nicht groß werden, da der Emitter sehr hochdotiert ist.
Kollektorstrom: Dauerstrom
ICM kurzzeitig erhöhter Strom
5.1.3.2 Statische Kenndaten
Gleichstromverstärkung B
B ist von verschiedenen Einflussgrößen abhängig.
- IC (da die Stromsteuerkennlinie annähernd linear ist)
- Temperatur: Leider starke (exponentielle) Temperaturabhängigkeit GO 1% . K-1
- Exemplarstreuung: man teilt daher in Gruppen ein: A, B, C
Restströme: Reststrom = Transistorsperrstrom
3. Index wie bei Grenzspannungen (siehe oben)
Starke Temperaturabhängigkeit bei allen Restströmen
5.1.3.3 Dynamische Kenndaten
h11e Widerstand
h12e ziemlich klein 10-4
h21e dimensionslos, differenzielle Stromverstärkung
h22e Leitwert in µS zwischen CE
- Differenzielle Kenngrößen
B
C
E
rBE
Stark Arbeitspunkt abhängig, wegen nicht linearer Kennlinie. GO 1-10kΩ
Näherungsformel
UT…. Temperaturspannung KB…. Boltzmannkonstante IB….. Basisstrom
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Wird meist nur für den aktiven Bereich angegeben. GO: 10-50kΩ. Im aktiven Bereich ziemlich
konstant.
- Differenzielle Stromverstärkung
GO: wie B (100-500), ~ B (Näherung)
Die hier genannten differenziellen Kenngrößen werden in Datenblättern häufig als h-Parameter
angegeben.
- Vierpolparameter
i1 i2
U1 U2
Da ein Transistor nur 3 Anschlüsse hat, gibt es 3 Grundschaltungen, wie ein Transistor als Vierpol
geschaltet werden kann.
i1 i2
U1 U2
Emitterschaltung Basisschaltung Kollektorschaltung
i1 i2
U1 U2
i1 i2
U1 U2
Hybridgleichungen für Vierpol
u2 = 0, für Kurzschluss am Ausgang
h11e = rBE
i1 = 0, Leerlaufspannungsrückwirkung
h12e = sehr klein, nicht besonders wichtig
u2 = 0, Kurzschlussstromverstärkung
h21e =
i1 = 0, Leerlaufausgangsleitwert
h22e =
- Weitere dynamische Kenndaten
fT……Transitfrequenz
nimmt für höhere Frequenzen ab.
u1 = h11 . i1 + h12 . u2
i2 = h21 . i1 + h22 . u2
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fT ist die Frequenz, bei der gleich 1 wird.
f log
| | log
10
100
1000
1 10 100 1000 fT
Ablesen der h-Parameter aus dem Datenblatt. In der Tabelle (rechts oben) sind die h-Parameter
nur für einen bestimmten Arbeitspunkt (IC, UCE) gegeben. Wenn man die Parameter für einen
anderen Arbeitspunkt braucht, muss man die entsprechenden Umrechnungsfaktoren aus den
Diagrammen ablesen.
hxye0 ...... Tabellenwert HI .......... Stromfaktor HU ......... Spannungsfaktor
- Kapazitäten Es handelt sich hier um Sperrschichtkapazitäten
- Rauschzahl Beschreibt das Transistorrauschen siehe später.
5.1.4 Gleichstromverhalten, Arbeitspunkteinstellung
Transistorverstärker werden häufig mit Wechselspannungen und Wechselströmen betrieben.
Solchen Signalen muss man Gleichspannungen und Strömen überlagern, damit es zu einer
Gleichrichtung kommt => Arbeitspunkteinstellung. Arbeitspunkt: Umgebungsbedingung bei der man
eine Schaltung betreibt.
Für alle folgenden Berechnungen sind Transistor, Spannungen und Ströme bekannt.
5.1.4.1 AP Einstellung mit Basisvorwiderstand
RB
IC
IBUCE
UBE
RC
+UB+UB
Nachteil der Schaltung
Der eingestellte Arbeitspunkt ist stark Temperaturabhängig. Grund: IB ist annähernd konstant
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Da IB konstant ist, hängt IC genauso stark von der Temperatur ab, wie B.
5.1.4.2 AP Stabilisierung durch Gegenkopplung
Parallelkopplung
RBIC
IBUCE
UBE
RC
+UB+UB
IC ↑(steigt) => URC ↑ => UCE ↓ (denn UB konstant)
=> URB ↓ => IB ↓ => das wirkt dem ursprünglichen Anstieg des IC entgegen. IC Steigt zwar, aber
deutlich weniger, als bei der Schaltung ohne Gegenkopplung, z.B. B steigt um 20% ohne
Parallelgegenkopplung steigt IC auch um 20%, mit Gegenkopplung steigt k ~ 9%.
Reihenkopplung
R2
IC
IBUCE
UBE
RC
+UB+UB
RER1
IR1
Prinzip der Gegenkopplung
IC ↑ => URE ↑ => UBE ↓ (weil UR1 annähernd konstant bleibt.)
=> IB ↓↓ (sinkt stark)
Wenn B um 20% steigt => IC steigt z.B. ~4%.
Dimensionierung
Bei der Dimensionierung sind 2 Annahmen treffen.
URE Richtwert 0,5-1V
wenn URE zu klein ist, ist die Gegenkopplung zu schwach
IR1: GO: 2-10 . IB
wenn IRE zu klein ist, dann ist R1 zu groß => Die Annahme UR1 konstant gilt nicht mehr
wenn IR1 zu groß ist, verbraucht er zu viel Leistung.
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B ist sehr stark Temperaturabhängig. IC ändert sich genauso stark wie B. IE ~ IC
5.1.5 Kleinsignalverhalten
5.1.5.1 NF-Kleinsignalverhalten
NF…..Niederfrequenz…bis 100kHz (Audio) Kapazitäten können vernachlässigt werden.
~=>
B C
E
iB.
rCErBE
h111
h22
iB
E
B
C
Dieses Ersatzschaltbild beschreibt nur das Wechselsignalverhalten. Das Gleichstromverhalten ist nur mehr indirekt enthalten. Das NF Ersatzschaltbild gilt nur in einen ganz bestimmten Arbeitspunkt. Bsp.: Geg. Verstärkerstufe, Ges: Ersatzschaltbild der gesamten Verstärkerstufe, vu, rein, raus.
U1~U2 RL
CKA
CE
CKE
R2 RC
RER1
RG
+UB
Die Kondensatoren CKE, CKA und CE werden als Kopplungskondensatoren bezeichnet. Sie sind für Gleichstrom eine Unterbrechung, für das Signal bei richtiger Dimensionierung annähernd ein Kurzschluss.
NF Ersatzschaltbild ESB
~ ~ U2 RLrCErBE
B C
E
R1R2U1
- .iB
RC
iBi1rE
U
i2
Spannung: kurzschließen Strom: Leerlauf
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Regeln für das Zeichnen des Ersatzschaltbildes
1. Man beginnt mit dem Transistor
2. Koppelkondensatoren werden durch Kurzschließen ersetzt.
3. Die Versorgungsspannungsquelle wird durch einen Kurzschluss ersetzt.
u1 = iB . rBE
u2 = -iB . . (rCE // RC // RL)
Überlegung
~ U2U20
raus
~ U2U20
raus
RL
Bsp.:
RE = 1,5kΩ, RC = 2,2kΩ, R1 = 120kΩ, R2 = 180kΩ
= 250, rBE = 8,5kΩ, rCE = 30kΩ
RL = ∞ bzw. 10kΩ
Ges.: rein, raus, vu
1. Fall:
rein = R1//R2//rBE = 7602,48Ω
Rc´= rCE//RC//RE=1701,05Ω
raus = rCE//RC = 2049,69Ω
2. Fall:
rein = 7602,48Ω
RC´ = 2049,69Ω
vu =-60
Interpretation der Ergebnisse
rein: möglichst hochohmig (hier mittelmäßig) OPV
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vu: ist negativ (negativer Verstärkungsfaktor)=> invertierender Verstärker bedeutet
180°Phasendrehung bei Sinussignalen. Achtung Verstärkungsfaktor nicht mit dB Wert verwechseln.
vDB = 20 . log(vu)
z.B: 0dB => v = 1
-20dB => v = 0,1
20dB => v = 10
40dB => v = 100
raus: mittelmäßig (möglichst niederohmig) OPV
Die Verstärkung bei Belastung kann auch aus der Leerlaufverstärkung und dem
Ausgangswiderstand berechnet werden.
U0 U2 10k
2,05k
U1
5.1.5.2 HF Ersatzschaltbild
=> ~0.I Bi
CB´C
rB´ECB´E
I Bi
I B B´C
rCEUCEUBE
EE
BrB´B
B
E
C
Bei Frequenzen deutlich größer (>>) 100kHz müssen auch die Kapazitäten berücksichtigt werden. rB`B………. Basisbahnwiderstand GO 100Ω (relativ hoch) rB`E………. rBE = rB`B+rB`E CB`E……… Diffusionskapazität, da die Basis Emitter Strecke leitet. GO: 50-100pF CB`C……… Sperrschichtkapazität (aktiver Bereich) GO: 1-5pF IBi………… Teil des Basisstroms
0………… Die Stromverstärkung bei tiefen Frequenzen GO: 100-200 (siehe )
Frequenzverhalten von
Ges.: = h21 Kurzschluss am Ausgang
~0.I B
rB´ECB´C
I Bi
I B C
rCE UCEUBE
EE
B
CB´E
CB`C kann vernachlässigt werden, da deutlich kleiner (nur bei Kurzschluss)
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……..Tiefpassverhalten
Grenzfrequenz des Tiefpasses
Definition der Grenzfrequenz
- Die Frequenz bei der | | um 3dB gegenüber 0 abgesunken ist.
- Die Frequenz bei der =
- Bei dieser Frequenz ist Real und Imaginärteil im Nenner von gleich => 1 = G . CB`E . rB`E
3dB
20dB
1 10 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M
fG
| |
f log
-20dB pro Dekade
20dB
40dB
Berechnung der Transitfrequenz
5.1.5.3 Einfluss der Koppelkondensatoren auf das Frequenzverhalten
a. Eingangsgrenzfrequenz fGE
~
RG CKE
U0 U1
Verstärkerstufe
rein
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Durch die Koppelkondensatoren entsteht eine Hochpassfilter Wirkung
3dB
fGE
f log
U1
U0RG kleiner
RG größer
1 = G . CKE .(rEin+RG)
Interpretation des Ergebnisses
- Je größer CKE, desto niedriger fG. (gut)
- Je größer rein, desto niedriger fG.
- Je größer RG, desto niedriger fG !?
Wenn RG kleiner wird, wird zwar fG kleiner, aber auch die Verstärkung. Deshalb wird nur versucht rein
und CKE groß zu dimensionieren.
b. Ausgangsgrenzfrequenz fGA
RLU20
raus CKA
~ U2
Gesamtdämpfung bei 20Hz
fGE
CKE, CKA
-20dB/Dekade
Gesamtfrequnez -40dB/Dekade
3dB
6dB
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5.1.5.4 Rauschverhalten
a. Widerstandsrauschen
In einem ohmschen Widerstand entsteht durch die thermische Bewegung der Elektronen ein
Wechselstrom, mit zufälligem Charakter (thermisches Rauschen).
=> ~~~R
UReffR
~~~
…… breitbandiges Signal, dass sich aus
viele Signalen zusammensetzt
T……… Temperatur in Kelvin K
B……… Frequenzbandbreite in Hz
kB …… Boltzmannkonstante 1,38 . 10 -23
Frequenzbandbreite ist der Bereich, in der das Rauschen betrachtet wird.
Bsp.:
R = 600Ω, T = 20°c, B = 0-100kHz
Effektivwert wird verwendet, da man Spitzenwerte nicht immer für Vergleiche nützten kann.
b. Transistorrauschen
Die Ursachen sind ähnlich, wie beim Widerstandsrauschen. Das Transistorrauschen hängt vom
jeweiligen Transistortyp ab => Rauschzahl ist im Datenblatt angegeben.
~
U´Reff
UG
~~~Transistorstufe
rein
RG
FdB ……. Rauschzahl im Datenblatt
Man hat das gesamte Rauschen der Transistorstufe in RG hineingezogen und berücksichtigt es durch
F. (F = 1……. rauschfreier Transistor (nicht realisierbar) )
Bsp.:
Geg.: UGeff = 3mV, T = 300K, B = 20kHz, RG = 600kΩ, FdB = 4dB
Ges.: U`Reff
c. Signal- /Rauschabstand
Die absolute Größe der Rauschspannung sagt relativ wenig aus. Viel wichtiger ist das Verhältnis zwischen maximaler Signalspannung und Rauschspannung.
SNR ………… Signal to Noise Rativ
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Wichtig:
- Signal und Rauschabstand haben verschiedene Signalformen. Man kann nur Effektivwerte
vergleichen.
- Signal und Rauschabstand müssen an derselben Stelle, der Schaltung verglichen werden
GO: SNR = 0dB (Signal ist gleich groß wie Rauschen)
SNR = 40dB (Signal ist 100mal größer als das Rauschen)
SNR = 80dB (guter Verstärker)
5.1.6 Schaltverhalten
5.1.6.1 Statisches Schaltverhalten
IB
RC
+UB
UE
RB
IC
UCE
RG
APL
APs
IC
UB
RC Arbeitsgerade
UCE
APL ……… Arbeitspunkt leitend
APS ……… Arbeitspunkt sperrend
a. Transistor sperrt
Die Basis wird über RB an Masse gelegt => Basisstrom ~ 0. Es stellt sich der APs ein.
Transistorverlustleistung in diesem Zustand:
ICEs …….. Reststrom, da B-E kurzgeschlossen
Bsp.:
PVs = 12V. 20nA = 0,24µW ~ 0 (wirkt sich nicht sonderlich aus)
b. Transistor leitet
Über den Vorwiderstand RB wird der gewünschte Basisstrom eingestellt. Ausgangsseitig stellt sich der
Arbeitspunkt APL ein. IB muss groß genug sein, dass der Arbeitspunkt sicher im Sättigungsbereich
(niederohmigen Bereich) liegt.
Ü…… Übertragungsfaktor 2-5
Transistorverlustleistung im leitenden Fall:
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Bsp.:
BC107B soll eine LED ein und ausschalten. U=12V, UEin = 0/5V, ILed = 20mA, ULED = 2V,
Ges. Schaltung, Dimensionierung.
RG RB
RV
5 / 0V
12VIB
URv
UCE
ILED
5.1.6.2 Dynamisches Schaltverhalten
uE(t)
t
t
iC(t)
tD
tR
tF
tS
Ic0,9.Ic
0,1.Ic
tD ….. Delaytime vom Auslösen bis zum erkennen tR ….. Risetime Anstiegszeit z.B. 50ns tS ….. Storagetime z.B. 150ns tF ….. Falltime Fallzeit z.B. 50ns
Ursache der Verzögerungszeit:
Transistorkapazitäten in Verbindung mit den Schaltungswiderständen ( = R .C) Ohne Widerstand ergibt sich keine Verzögerung.
tD Sperrschichtkapazität tR B-E Durchlasskapazität B-C Sperrschichtkapazität tS Durchlasskapazitäten B-E und B-C längste Zeit Durchlasskapazität größer als Sperrschichtkapazität tF B-E Durchlasskapazität B-C Sperrschichtkapazität
Die Zeiten hängen aber auch von den Beschaltungswiderständen ab => ein hochohmig
dimensionierter Schalter schaltet langsamer, als ein Niederohmiger ( = R .C).
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5.1.6.3 Schaltverlustleistung während des Umschaltens
Die Verlustleistung während des Umschaltens hängt von der Art der Last ab.
a. Ohmsche Last
APL
APs
IC
UB
RL Arbeitsgerade
UCE
i(t)
uCE(t)
RL Lastwiderstand
AP wandert auf der RL Gerade
Verlustleistung während des Umschaltens ist höher, als im ein-, ausgeschalteten Zustand.
b. Kapazitive Last
=>
RC
i(t)
UCE
+UB
APL
APs
IC
UB
Einschaltvorgang
Beim Einschalten ist der Strom gegenüber dem ohmschen Fall erhöht (der Kondensator muss
aufgeladen werden) => die Schaltverlustleistung ist deutlich erhöht (ACHTUNG). Bei großem
Übersteuerungsfaktor kann der Transistor zerstört werden.
Abhilfe: Vorwiderstand in Serie hängen, damit der Strom nicht zu groß wird.
Ausschaltvorgang
Beim Ausschalten ist die Schaltverlustleistung kleiner, als im ohmschen Fall.
c. Induktive Last
+UB
R
L
APL
APs
IC
UBUCE
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Einschalten:
günstiger Fall.
Ausschalten:
hier wehrt sich die Spule gegen das Absinken des Stromes. Die entstehende Überspannung
uL(t) kann deutlich größer als UB werden.
Abhilfe:
Einbau einer Freilaufdiode:
+UB
R
L0,7
APL
APs
IC
UB
UCE
0,7V
=>
5.2 Feldeffekttransistoren
5.2.1 J-FET
5.2.1.1 Schaltsymbole
G
D
SG
D
S
N-Kanal J-FET P-Kanal J-FET
Pfeil bedeutet PN Übergang.
Pfeilrichtung gibt die Durchlassrichtung an
5.2.1.2 Aufbau
RLZ
P+
N
UGS<0
UDS>0G
S S
D
D……. Drain Abfluss (=Kollektor)
S…….. Source Quelle (=Emitter)
G….... Gate Tor (=Basis)
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5.2.1.3 Kennlinie
UGS
ID [mA]
UDS [V]
ohmscherbereich Abschür Bereich
Grenze zwischen Hoch und Niederohmigen Bereich
UGS3<UGS2
UGS2<UGS1
UGS1<0
UGS=0
Ausgangskennfeld
UGSP
P…….Pinch Off (Abzwick, Abschnür)
Ausgangskennfeld
- Ohmscher Bereich
Bei kleinem UDS verhält sich der FET ähnlich einem steuerbaren Widerstand. Die Kennlinien
sind abhängig von UDS verschieden steil. Vergleiche Sättigungsbereich des bipolaren
Transistors.
Anwendung: Schalten
- Abschürbereich
Wenn UDS vergrößert wird, wachsen die RLZ fast ganz zusammen.
Bei weiterer Erhöhung von UDS steigt der Drainstrom nur mehr ganz wenig, die
Kennlinien werden fast waagrecht (siehe aktiver Bereich bei Bipolarer Transistor).
5.2.2 Selbstleitender MOS-FET
MOS….Metal-Oxid-Semionducter
Der Hauptunterschied zum FET besteht darin, dass die Gate-Elektrode vom Kanal, durch die SiO2-
Schicht isoliert ist. Der Gate-Strom ist daher deutlich kleiner als bei J-FET.
P
B
S
G
D
SiO2 (Isolierschicht)N+ N+
- +
Ladungsträger arme Zone
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Die Steuerung erfolgt durch elektrostatische Abstoßung vom Gate aus. Wenn das Gate negativ gepolt
ist, werden die beweglichen Elektronen im Kanal mehr oder weniger stark abgetrennt => Der
Kanalwiderstand wird gesteuert.
5.2.2.1 Schaltsymbole
G
D
S
B (BULK)G
D
S
B (BULK)
N - Kanal P - Kanal
5.2.2.2 Kennlinie
Die Ausgangskennlinien sind gleich wie beim J-FET.
ID
|UGS| UGS|UGSp|
UGS darf auch positiv werden (Isolierschicht)
5.2.3 Selbstsperrender MOS – FET
P
B
S
G
D
SiO2 (Isolierschicht)
Elektronen
N+ N+
+ +
- - - - -
Bei offenem Gate gibt es keinen durchgehenden Kanal (selbst sperrend). Bei positiver Polung des
Gates sammeln sich unterhalb der Isolierschicht Minoritätsträger aus dem P-Kanal.
5.2.3.1 Schaltsymbole
G
D
S
B (BULK)G
D
S
B (BULK)
N - Kanal P - Kanal
Der Kanal ist mit einem --- gekennzeichnet
Unterschied:
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5.2.3.2 Kennlinie
|UGS|
ID
UDS [V]UGST
Wie bei J-FET
UGST … Treshhold Voltage (Schwellwertspannung)
5.2.4 Kenngrößen
5.2.4.1 Grenzdaten
Siehe Datenblatt
5.2.4.2 Statische Kenndaten
- Reststrom = Transistorsperrstrom (Gatestrom) deutlich kleiner als bei bipolaren Transistoren. - DS Kurzschlussstrom: IDSS = Drain-Source short circuit (Gate).
Nachteil: Die Streuspannung variiert extreme => Schaltungsdimensionierung sehr schwer durchzuführen. Erkenntnis: Die Streukennline von FET unterliegt einer großen Exemplarstreuung, daher teilt man wieder in Gruppen auf. Die Temperaturabhängigkeit ist bei FET nicht so groß wie bei Bipolaren Transistoren.
5.2.4.3 Dynamische Kenndaten
Für die differentiellen Kenngrößen verwendet man wieder eine 4 Poldarstellung. Aufgrund der anderen Funktion des FET nimmt man hier die y-Parameter. y-Parameter heißt Leitwertparameter.
u2 = 0, Kurzschlusseingangsleitwert
u1 = 0, Kurzschlussrückwärtssteilheit
u2 = 0, Kurzschlussvorwärtssteilheit
u1 = 0, Kurzschlussausgangsleitwert
I1 = y11 . U1 + y21 . U2
I2 = y21 . U1 + y22 . U2
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5.2.5 Kleinsignalverhalten
5.2.5.1 NF Ersatzschaltbild
=> ~
s UGS.
rDSrGS
1y22
GD
SG
S
D
1y11
s…Vorwärtssteilheit = |y21| . UGS
y11S = wird oft vernachlässigt.
y11 …. Eingangsleitwert, weil RGS > 1MΩ
y21s … s Vorwärtssteilheit.
Typische GO: 2-5ms
Vergleich mit bipolar Transistor: auch dort kann eine Steilheit definiert werden.
GO: s = 33,3mS => Bipolar Transistoren verstärken höher, als FET
y22s …. ~ h22
GO: 10-50kΩ
ESB schaut prinzipiell gleich aus, teilweise Unterschiede (Verstärkung).
Die Bezeichnung der Kapazitäten bezieht sich auf die y-Parameter
C11 …. Eingangskapazität
C11 = CGS + CGD
C12 …. Rückwirkungskapazität
C12 = CGD
C22 …. Ausgangskapazität
C22 = CDS + CGD
5.2.5.2 HF Ersatzschaltbild
=> ~s . UGS
CGD
rGS CGS
D
rDSUDS
UGS
SS
G
CDS
GO:
C11 ~ 4pF, C12 ~ 1,1pF, C22~1,6pF
pf, da sie Sperrschichtkapazitäten sind.
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5.2.6 Verstärkeranwendungen von FET
J-FET in Sourceschaltung
~
RG
U1
CKE
R1 RS
RD
CKA
CA
U2
+UB
UGS
ID
~ID
IG
Geg. FET, ID, UDS
Annahme:
Bewirkt eine möglichst gleiche Signalaussteuerung nach oben und unten.
Bsp.: UB = 10V => URS = 2V
Temperatur soll in der Mitte sein: möglichst gute Aussteuerung nach oben und unten.
URS = ID . Rs
UR1 = IG . R1 ……vernachlässigbar, wenn R1 nicht sehr groß ist.
Bsp.: IG = 100nA, R1 = 1MΩ
UR1 = R1 . IG = 0,1V
=> R1 sollte nicht wesentlich größer als 100kΩ sein.
NF - ESB:
~ ~ U2 RLrDSrGS
G D
S
R1U1
-s.UGS
rD
iBi1RG i2
Die Formeln sind praktisch ident wie bei der Emitterschaltung.
Unterschiede:
- rein ist größer => FET ist hochohmiger
- vU ist kleiner (s von FET kleiner als s von Bipolar Transistoren)
Elektrische BAUELEMENTE TransistorTransistor
Florian Kurcz Feldeffekttransistoren
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5.2.7 HF- und Schaltverhalten
5.2.7.1 HF Verhalten im Vergleich zum Bipolar Transistor
HF Verhalten ist durchwegs besser, als bei Bipolar Transistor
Grund: Die Kapazitäten sind kleiner (FET hat keine Diffusionskapazitäten)
5.2.7.2 Schaltverhalten
Schalter in Logikschaltung
Ströme können (sollen) möglichst klein sein. Man verwendet ausschließlich MOS-FET. Durch die
geringe Baugröße bei Hochintegration sind die Kapazitäten sehr klein (90nm Kanallänge)
=> Wesentlich kürzere Schaltzeiten, als bei Bipolar Transistoren.
FET als Leistungsschalter
Für große Ströme benötigt man große Querschnitte => große Kapazitäten.
Vergleichbar mit Bipolar Transistor.
Elektrische BAUELEMENTE Leistungselektronik
Florian Kurcz Thyristor
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6 Leistungselektronik
6.1 Thyristor
Der Name Thyristor setzt sich aus Thyratron und Transistor zusammen. Thyratron waren Quecksilber
Dampf gefüllte Gleichrichterröhren. Im englischen Sprachraum (SCR = silicon controlled rectifier)
Der Thyristor ist ein 4-Schicht Leiter Bauelement, bestehend aus einer Silizium Scheibe, die die
Dotierungsfolge PNPN aufweist.
P N P N
G
A K
A …... Anode K ...… Kathode G …... Gate
Dadurch entstehen im inneren 3PN Übergänge, von denen der Mittlere umgekehrte Polarität besitzt.
Somit sperrt der Thyristor in beiden Richtungen. Liegt an der äußeren P-Schicht eine positive bzw. an
der N-Schicht eine negative Spannung, so ist der Thyristor in Vorwärtsrichtung geschaltet.
Es sperrt nur der mittlere PN Übergang. Wird nun an die innere P Schicht eine positive Spannung
angelegt so wird durch den fließenden Strom die Sperrschicht mit Ladungsträger überflutet. Damit
verhält sich dieser Teil des Thyristors wie eine große N-Schicht d.h. der gesamte Thyristor arbeitet
wie eine Diode in Durchlassrichtung.
Nach dem Zünden des Thyristors kann die Gate-Spannung abgeschaltet werden, da durch den
Hauptstrom die Überflutung der Gatezone mit Ladungsträger aufrechterhalten wird. Der Thyristor
verlöscht erst wieder, wenn der Hauptstrom 0 wird.
Bei negativer Polung sperren die beiden äußeren PN-Übergänge und der Thyristor verhält sich wie
eine Diode in Sperrrichtung (Rückwärtsrichtung).
P-Gate-Thyristor N-Gate-Thyristor Thyristortetrode
G
A K
G
A K
G1
A K
G2
Eingangskennlinie:
UGK [V]
IG [mA]
10
20
30
1 2 3
Ptot
sicher nicht Zünden
wahrscheinlich Zünden
sicher Zünden
Die Eingangskennlinie entspricht einer Diodenkennlinie. Die für das Zünden notwendigen Ströme
liegen sehr nahe an der PTot Grenze, daher werden zum Ansteuern nur kurze Stromimpulse
verwendet die in den PTot Bereich hineinreichen.
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Florian Kurcz Thyristor
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Ausgangskennlinie:
IT
IH
UT
UBR
IG=0IG1
IG2IG3
Durchlasskennlinie
IG3>IG2>IG1>0
UB0
Ohne Gatestrom zündet der Transistor bei UB0 (äußerer PN-Übergang bricht durch.) Man bezeichnet
das auch als Zünden über Kopf. Beim einspeisen eines Gatestromes genügen entsprechend kleinere
Gate-Spannungen zum Zünden. Nun verhält sich der Thyristor wie eine Diode in Durchlassrichtung,
wird allerdings der Strom IH (Haltestrom) unterschritten, so kann die Überflutung der Gatezone nicht
mehr aufrecht erhalten werden und der Thyristor verlöscht.
Die Ansteuerung des Thyristors erfolgt durch Anlegen einer Zündspannung zum gewünschten
Zeitpunkt.
U~ UThRv
D
D ist eine Schutzdiode für negatives UGK
.... Zündwinkel
.... Stromflusswinkel
+ =180°
UTh
t
i
t
Nach dem Spannungsnulldurchgang beginnt die Spannung am Spannungsnulldurchgang zu steigen,
bis der Storm groß genug ist, um den Thyristor zu zünden, danach fließt durch den Thyristor Strom
bis zum nächsten Spannungsnulldurchgang. Während der negativen Halbwelle sperrt der Thyristor,
bei der nächsten positiven Halbwelle beginnt der Vorgang neuerlich. Über die Höhe des
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Florian Kurcz DIAC
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Widerstandes, kann eingestellt werden, bei welcher Spannung der Thyristor zündet. Je höher der
Widerstand ist, desto später zündet der Thyristor, desto kürzer dauert der Stromfluss =>
Phasenanschnittssteuerung.
U~UTh
Rv
D
C
Diac (Triggerdiode)
Verwendet man anstatt des Vorwiderstandes einen frequenzabhängigen Spannungsteiler, so erreicht
man durch die Phasenverschiebung, dass der Zündwinkel über 90° verschoben werden kann. Durch
den eingebauten Diac kann der Zündzeitpunkt des Thyristors stabilisiert werden.
6.2 DIAC
Diac …. diode for alternating current Dotierungsfolge:
P
N
P
U
i
25-20V Sperrkennlinie
Durchlass-
Bei Stromrichterschaltungen wird aus mehreren Gründen eine galvanische Trennung zwischen
Leistungsteil und Ansteuerelektronik gefordert.
Zündübertrager:
+UB
Wird der Transistor angesteuert so beginnt durch die Primärwicklung ein Strom zu fließen, dadurch
entsteht in der Sekundärwicklung eine Flussänderung und somit wird ein Spannungsimpuls induziert
der den Thyristor zündet: .
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Florian Kurcz TRIAC
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Beim Betrieb von Thyristoren sind auf Grund ihrer dynamischen Eigenschaften einige
schaltungstechnische Maßnahmen zu beachten. Beim Zünden darf der Strom nicht zu schnell
ansteigen, da es sonst zu einer lokalen Überhitzung im Halbleiter kommt. Bei induktiven Lasten wird
der Stromanstieg durch den Verbraucher selbst begrenzt. Bei ohmschen Lasten muss zusätzlich eine
Drossel vorgesehen werden. Da Induktivitäten hohe Selbstinduktionsspannungen erzeugen, wird
zum Thyristor noch ein RC-Glied parallel geschaltet. Dieses bildet mit der Induktivität einen
Schwingreis, in dem die Energie langsam abgebaut wird.
R
C
R L
Um den Thyristor gegen Stromüberlastung zu schützen sind flinke Sicherungen vorzusehen
6.3 TRIAC
Triac …. triode for alternating current Thyristoren haben den Nachteil, dass sie nur in eine Richtung leiten, für Wechselstromsteller, die
beide Halbwellen schalten sollen müssen daher 2 Thyristoren antiparallel geschalten werden.
Prinzip: Schaltsymbol:
RL
GH1
H2
Aufbau:
P
N
N
P
A
K
G
P
N
N
P
A
K
G+
P
N
N
P
H2
G
P
N
N
P
H1
=
H2
N
N
N N
P
P
H1G
=>
GH1
H2
H1,2 Hauptelektroden
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Florian Kurcz TRIAC
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Diese Anordnung ist bei beiden Hauptspannungsrichtungen sowohl mit positiver als auch mit
negativer Zündspannung an steuerbar. Da der Wirkungsgrad größer ist, wenn Zünd- und
Hauptspannung gleiche Richtung haben, sollte dies die bevorzugte Art der Ansteuerung sein.
Kennlinie:
uT
iT
uB0
Verwendung:
Am häufigsten für Wechselstromsteller (Stromrichterschaltungen, die die Amplitude der Spannung
ändern können).
W1…einphasig
W3...dreiphasig
Der häufigste Wechselstromsteller ist eine Phasenanschnittssteuerung:
z.B. Dimmer:
U~
R
C
CS
Si
flink
LS
L
N
Ls ………… Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit
Ls, Cs …… LC Tiefpass um Störungen zu filtern
R, C …….. Schutzbeschaltung für Triac
i
t
Verwendung:
Dimmer
Drehzahlregler für 1Phasenwechselstrommotoren
Sanftanlaufschaltung für Asynchronmotoren (W3)
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Florian Kurcz TRIAC
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Eine weitere Möglichkeit einen Wechselstromsteller zu realisieren bietet die
Schwingungspaketsteuerung. Dabei werden immer nur volle Schwingungen durchgeschaltet,
wodurch keine Schaltflanken auftreten.
t
iT
tein taus
Tastverhältnis:
Da der Mittelungszeitraum hier höher ist, als bei der Phasenanschnittssteuerung, ist die
Schwingungspaketsteuerung nur für träge System geeignet, z.B. Heizung.
Neben Wechselstromsteller werden Triacs auch als Wechselstromschalter verwendet, um
herkömmliche mechanische Schaltkontakte (z.B. Relais) zu ersetzen => Halbleiterrelais (Solid State
Relais)
Halbleiterrelais:
+UB
u ~
RL
Isolationsspannungen > 2kV
Da der Phototriac nur sehr kleine Ströme schalten kann (<=500mA), wird meist noch ein
Leistungstriac nachgeschaltet.
+UB
Halbleiterrelais sind derzeit bis 25A erhältlich.
Das Ausschalten geschieht immer im Spannungsnulldurchgang, das Einschalten kann jedoch zu jedem
beliebigen Zeitpunkt erfolgen, sollte dieses auch im Spannungsnulldurchgang sein, so kann noch ein
Nullspannungsschalter eingebaut werden.
R1
R2
Nullspannungsschalter
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Florian Kurcz Leistungs-MOSFET
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Der Nullspannungsschalter stellt eine Zündsperre für den Thyristor dar. Sobald die Spannung an der
Basis des Transistors eine bestimmte Grenze überschritten hat, leitet dieser und er zieht das Gate auf
das Kathodenpotentials des Thyristors. Somit ist keine Zündung mehr möglich. Die Spannungsgrenze
wird durch den Spannungsteiler R1 und R2 bestimmt.
6.4 Leistungs-MOSFET
Mosfets haben gegenüber Bipolaren Transistoren den Vorteil, dass sie im statischen Betrieb keinen
Steuerstrom benötigen. Die klassische Bauform (horizontaler Kanal) hat aber den Nachteil, dass der
Kanal sehr schmal ist und der FET einen relativ hohen RDSon besitzt.
G
S
D
selbstsperrender MOSFET Siemens Leistungs MOSFET
P
S
G
D
SiO2
(Isolierschicht)
Elektronen
N+ N+
+ +
- - - - -
Kanal
N+
N-
S
G
D
SiO2
(Isolierschicht)P
N+
PN+ N+
Kanal PN Übergang
G
S
DCGD
CGS
Leistungsmosfet besitzen eine vertikale Struktur. Dadurch ist es möglich auf einem Chip viele
Einzeltransistoren parallel zu schalten, und damit einen RDSon von kleiner 1Ω zu realisieren. Um den
FET zu Schalten wird eine UGS von 10-15V benötigt. Die Ansteuerung soll immer über eine
Gegentaktendstufe erfolgen.
....für schnelles Schalten
Die Kapazitäten des MOSFET bilden zusammen mit dem Kollektorwiderstand ein RC-Glied, das den Einschaltvorgang verlangsamt und damit die Verlustleistung des Transistors erhöht. Um kurze Schaltzeiten zu erreichen, verwendet man Gegentaktansteuerung. Es können auch Ausgänge von CMOS-ICs verwendet werden z.B. 4049 (6-fach Inverter). Um den Strom zu erhöhen können mehrere MOSFETs parallel geschalten werden. Sollten parasitäre Schwingungen auftreten, so sind Gatevorwiderstände (10-20Ω) vorzusehen. Die Entwicklung bei den Leistungsmosfets geht in Richtung intelligente Halbleiter (smart power
devices). Derartige Bausteine enthalten TTL kompatible Ansteuerlogik, Temperatur und
Stromüberwachung, Ladungspumpen für Highsideansteuerung, Diagnoselogik usw.