Kennlinien von Transistoren
Kennlinien
Kennlinien werden im Praktikum Arbeiten mit Kennlinien vorgestellt.
Das Rezept Kennlinien aufnehmen und darstellen ist eine Anleitung zum Messen und Darstellen von Kennlinien.
Wir haben bisher die Kennlinien von zweipoligen Bauelementen wie Widerständen und Dioden betrachtet. Ein Transistor hat drei Anschlüsse. Damit kann das Verhalten von Transistoren unter verschiedenen Aspekten betrachtet werden.
- Eingangskennlinie: Das Verhalten des Eingangs zwischen Basis und Emitter.
- Ausgangskennlinien: Das Verhalten des Ausgangs zwischen Kollektor und Emitter.
Eingangskennlinie
Die Eingangskennlinie eines Transistors stellt die Basis-Emitter-Spannung Ube bei Basisströmen Ib dar.
Es wird der Verlauf der Basis-Emitter-Spannung bei drei verschiedenen Temperaturen dargestellt. Die Linien min und max bei 25°C zeigen, dass die Basis-Emitter-Spannung ganz erheblich vom mittleren Wert abweichen können.
- Für uns ist der Verlauf bei 25 °C wichtig.
- Bei Ib = 1mA ist Ube = 0,6V
- Bei Ib = 10mA ist Ube = 0,7V
- Die Eingangskennlinie eines Transistors entspricht der Kennlinie einer Diode.
- Man spricht deshalb auch von der Basis-Emitter-Diode.
- Die Basis-Emitter-Diode eines Transistors verhält sich in Sperrrichtung wie eine 5V-Z-Diode.
Ausgangskennlinien
Das Verhalten des Ausgangs eines Transistors ist sehr interessant. Es wird dargestellt, welcher Kollektorstrom bei welcher Kollektor-Emitter-Spannung fließt. Natürlich fließt nur dann ein Kollektorstrom, wenn ein Basisstrom vorgegeben wird. Meistens werden Kennlinien für verschiedenen Basisströme dargestellt.
In Bild 2 werden die Kennlinien für eine Reihe von Basisströmen dargestellt. Die Kennlinien sehen bei Kollektor-Emitter-Spannungen Uce über 1V relativ langweilig aus. Sie verlaufen ziemlich flach und gerade, d.h. sie sind kaum von der Kollektor-Emitter-Spannung abhängig.
Unter Uce 1V knicken die Kennlinien stark ab und gehen auf (0V, 0mA) zu. Ist Uce unter 0,6V, wird der Transistor in der Sättigung betrieben. Dafür werden höhere Basisströme benötigt.
Den Kennlinien in Bild 2 ist gut zu entnehmen, 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 wird ein Basisstrom von Ib=0.4mA benötigt.
- Für Uce=0,3V bei Ic=100mA wird ein Basisstrom von Ib=0.6mA benötigt.
- Für Uce=0,1V bei Ic=100mA ist ein Basisstrom von Ib=2.8mA erforderlich.
Es zeigt sich, dass ein BC337 schon mit etwa Ib=3mA eine kleine Sättigungsspannung hat. Wir arbeiten dennoch mit Ib=Ic/10 also 100mA/10=10mA, um sicher zu gehen.
Mittelwerte
Die Kennlinien und Daten von Transistoren können erheblich von den dargestellten Werten abweichen.
Kennlinie von MOSFET
Beim MOSFET sind wie beim Transistor die Ausgangskennlinien interessant. Da ein MOSFET spannungsgesteuert ist, werden Kennlinien für verschiedene Gate-Source-Spannungen dargestellt.
Eingangskennlinie
Die Eingangskennlinie eines MOSFET ist höchst langweilig:
- Der Strom in das Gate eines MOSFET ist immer 0 oder ein paar nA.
Die Ausgangskennlinien ein 2N7000 verlaufen erst bei höheren Drain-Source-Spannungen flach.
- Bei Gate-Source-Spannungen unter 2V leitet der 2N7000 nicht.
- Ein 2N7000 beginnt bei Gate-Source-Spannungen zwischen UGS(th) = 0,8V bis 3,9V zu leiten.
- Bei kleinen Drain-Source-Spannungen verhält sich ein MOSFET wie ein gesteuerter Widerstand.
Der Einschaltwiderstand eines 2N7000 ist erst ab Gate-Source-Spannungen über 3V gering.
Die Kennlinie für Ugs=10V in Bild 4 ist wie bei einem Widerstand eine Gerade durch 0V.
Die Kennlinie für Ugs=4V in Bild 4 ist bei kleinen Drain-Source-Spannungen Uds < 0.5V beinahe eine Gerade durch 0V.
Diesen Geraden entspricht der Einschaltwiderstand RDSon.
- Es ist der differentielle Widerstand zwischen Drain und Source bei einer bestimmten Gate-Source-Spannungen. (Siehe Differenzieller Widerstand)
-
Ein MOSFET kann auch mit verpolter Drain-Source-Spannung betrieben werden.
(Siehe Komplementäre Transistoren )
- Allerdings ist die Body-Diode des MOSFET zu beachten.
- Bei kleinen positiven wie negativen Spannungen wirkt nur der Einschaltwiderstand RDSon.
Mittelwerte
Die Kennlinien und Daten von MOSFET können erheblich von den dargestellten Werten abweichen.