Kennlinien von Transistoren
Bisher haben wir die Kennlinien von zweipoligen Bauelementen wie Widerständen und Dioden betrachtet. Ein Transistor besitzt drei Anschlüsse. Daher kann das Verhalten von Transistoren unter verschiedenen Gesichtspunkten betrachtet werden.
- Eingangskennlinie: Das Verhalten des Eingangs zwischen Basis und Emitter.
- Ausgangskennlinie: Verhalten des Ausgangs zwischen Kollektor und Emitter.
Eingangskennlinie NPN-Transistor
Kennlinien
Kennlinien werden im Praktikum Arbeiten mit Kennlinien vorgestellt.
Das Rezept Kennlinien aufnehmen und darstellen ist eine Anleitung zum Messen und Darstellen von Kennlinien.
Die Eingangskennlinie eines Transistors stellt die Basis-Emitter-Spannung Ube bei Basisströmen Ib dar.
Bild 1 zeigt den Verlauf der Basis-Emitter-Spannung bei drei verschiedenen Temperaturen. Die Linien min und max bei 25°C zeigen: Die Basis-Emitter-Spannung kann sehr stark vom Mittelwert abweichen.
- Für uns ist der Verlauf bei 25°C von Bedeutung.
- Bei Ib = 1mA ist Ube = 0,6V
- Bei Ib = 10mA ist Ube = 0,7V
- Die Eingangskennlinie eines Transistors entspricht der einer Diode.
- Man spricht daher auch von einer Basis-Emitter-Diode.
- Die Basis-Emitter-Diode eines Transistors verhält sich in Sperrrichtung wie eine 5V-Z-Diode.
Ausgangskennlinien NPN-Transistor
Das Verhalten des Ausgangs eines Transistors ist sehr interessant. Es wird dargestellt, welcher Kollektorstrom bei welcher Kollektor-Emitter-Spannung fließt. Ein Kollektorstrom fließt natürlich nur, wenn ein Basisstrom gegeben ist. Meistens werden Kennlinien für verschiedene Basisströme dargestellt.
Bild 2 zeigt die Kennlinien für eine Reihe von Basisströmen. Die Kennlinien sehen für Kollektor-Emitter-Spannungen über 1V relativ langweilig aus. Sie sind ziemlich flach und gerade, d.h. sie hängen kaum von der Kollektor-Emitter-Spannung ab.
Unterhalb von Uce=1V knicken die Kennlinien stark ab und gehen in Richtung (0V, 0mA). Liegt Uce unter 0,6V, arbeitet der Transistor in der Sättigung. Dies erfordert höhere Basisströme.
Aus den Kennlinien in Bild 2 ist gut zu erkennen, dass ein BC337 für kleine Kollektor-Emitter-Spannungen Uce einen höheren Basisstrom Ib benötigt.
Betrachten wir einen Kollektorstrom Ic=100mA:
- Die Kennlinie für Ib=0,4mA schneidet die 100mA Linie bei Uce=1V,
- d.h. für Uce=1V bei Ic=100mA ist ein Basisstrom von Ib=0.4mA erforderlich.
- Für Uce=0,3V bei Ic=100mA ist ein Basisstrom von Ib=0.6mA erforderlich.
- Für Uce=0,1V bei Ic=100mA ist ein Basisstrom von Ib=2.8mA erforderlich.
Es zeigt sich, dass ein BC337 bereits bei etwa Ib=3mA eine geringe Sättigungsspannung aufweist. Wir arbeiten trotzdem mit Ib=Ic/10, also 100mA/10=10mA, um auf der sicheren Seite zu sein.
Mittelwerte
Die Kennlinien und Daten der Transistoren können erheblich von den dargestellten Werten abweichen.
Kennlinie von MOSFET
MOSFETs sind spannungsgesteuert. Der Gatestrom ist immer 0.
Um die Wirkung der Eingangsspannung zu beschreiben, wird der Drainstrom in Abhängigkeit von der Gate-Source-Spannung dargestellt. Diese Kennlinie wird als Transferkennlinie bezeichnet.
Transferkennlinie MOSFET
Wie Bild 4 zeigt, beginnt der 2N7000 erst ab Ugs=2V zu leiten.
- Ein 2N7000 beginnt bei Gate-Source-Spannungen zwischen UGS(th) = 0,8V und 3,0V zu leiten.
- Die Streuung der Daten wird durch die Kennlinien min und max dargestellt, die für 25°C gelten.
- Der Temperatureinfluss ist vergleichsweise gering.
Ausgangskennlinien MOSFET
Beim MOSFET sind wie beim Transistor die Ausgangskennlinien interessant. Da ein MOSFET spannungsgesteuert ist, werden Kennlinien für verschiedene Gate-Source-Spannungen dargestellt.
Bild 5 zeigt die Kennlinien für eine Reihe von Gatespannungen.
- Bei Gate-Source-Spannungen unter 2V ist der 2N7000 nicht leitend.
- Bei Gate-Source-Spannungen zwischen UGS(th) = 0,8V und 3,0V beginnt der 2N7000 zu leiten.
Die Kennlinie für Ugs=10V in Bild 5 ist wie bei einem Widerstand eine Gerade durch 0V.
Die Kennlinie für Ugs=4V in Bild 5 ist bei kleinen Drain-Source-Spannungen Uds < 0,5V fast eine Gerade durch 0V.
Diesen Geraden entspricht der Einschaltwiderstand RDSon.
- Ein MOSFET kann auch mit umgekehrter Drain-Source-Spannung betrieben werden Siehe Komplementäre Transistoren.
- Dabei ist jedoch die Body-Diode des MOSFET zu beachten.
- Bei kleinen positiven und negativen Spannungen wirkt nur der Einschaltwiderstand RDSon.
Der Einschaltwiderstand eines 2N7000 ist erst ab Gate-Source-Spannungen über 3V gering.
Mittelwerte
Die Kennlinien und Daten von MOSFETs können erheblich von den dargestellten Werten abweichen.