Transistor

Der Transistor

Stell dir vor: Ein Transistor ist wie ein Wasserhahn. Mit wenig Kraft am Griff (Steuersignal) kontrollierst du einen großen Wasserfluss (Laststrom). Beim bipolaren Transistor drehst du am Griff mit einem kleinen Wasserstrom (stromgesteuert), beim FET drückst du nur dagegen (spannungsgesteuert) - ohne dass Wasser durch deine Hand fließt.

Warum ist das wichtig für den Amateurfunk?

Verstärker: HF- und NF-Verstärkerstufen
Endstufen: Leistungstransistoren für die PA
Oszillatoren: VFOs und Quarzoszillatoren
Schalter: PTT-Steuerung, Relais ansteuern

Fragen AC501 & AC502: Bipolar vs. FET

Fragen AC501 und AC502 fragen nach der Steuerungsart der beiden Transistortypen.

Bipolarer Transistor

Stromgesteuert

Anschlüsse: Basis, Kollektor, Emitter

Niedriger Eingangswiderstand

Feldeffekttransistor (FET)

Spannungsgesteuert

Anschlüsse: Gate, Drain, Source

Sehr hoher Eingangswiderstand

Eselsbrücke:

Bipolar = Basis = Basisstrom steuert
FET = Feld (elektrisches Feld = Spannung) steuert

Fragen AC503 & AC504: Aufbau NPN/PNP

Fragen AC503 und AC504 fragen nach dem Aufbau von NPN- und PNP-Transistoren.

Transistortyp	Schichtfolge	Basis ist...
NPN	N-P-N	p-dotiert
PNP	P-N-P	n-dotiert

Eselsbrücke: Die Basis ist immer die Mittelschicht - beim NPN ist sie P-dotiert, beim PNP ist sie N-dotiert.

Frage AC505: Basis-Emitter-Übergang

Frage AC505 fragt nach dem Zustand des Basis-Emitter-Übergangs im leitenden Transistor.

Im leitenden Zustand befindet sich der Basis-Emitter-Übergang in Durchlassrichtung.

Warum? Nur wenn der BE-Übergang in Durchlassrichtung gepolt ist, wird die Transistorwirkung ermöglicht und der Transistor kann verstärken.

Fragen AC506-AC514: FET-Typen und Schaltzeichen

Diese Fragen behandeln die verschiedenen FET-Typen und ihre Schaltzeichen.

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Anschlüsse des FET (AC512, AC513)

Gate (G): Steuereingang (hochohmig, praktisch kein Stromfluss)
Drain (D): „Abfluss" - typischerweise fließt der Strom hier hinein
Source (S): „Quelle" - typischerweise fließt der Strom hier heraus

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FET-Typen (AC507-AC511)

Typ	Leitet ohne Gate-Spannung?	Schaltzeichen-Merkmal
Selbstleitend	Ja (muss gesperrt werden)	Durchgezogene Linie im Kanal
Selbstsperrend	Nein (muss eingeschaltet werden)	Gestrichelte Linie im Kanal

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So erkennst du FET-Schaltzeichen:

Durchgezogene Linie = selbstleitend (Kanal vorhanden)
Gestrichelte Linie = selbstsperrend (Kanal muss erzeugt werden)
Pfeil nach innen = N-Kanal
Pfeil nach außen = P-Kanal

Steuerung des FET (AC514)

Frage AC514 fragt, wie der Strom im FET gesteuert wird.

Die Gate-Source-Spannung steuert den Widerstand des Kanals zwischen Source und Drain.

Warum ist „Gatestrom steuert" falsch? Beim FET fließt praktisch kein Gatestrom - das Gate ist durch eine Isolierschicht (beim MOSFET) oder Sperrschicht (beim JFET) vom Kanal getrennt.

Fragen AC515-AC518: Transistorschaltungen berechnen

Basisvorwiderstand berechnen (AC515)

Frage AC515: $U_B = 12\,\text{V}$, $I_C = 5\,\text{mA}$, $B = 298$. Wie groß ist $R_1$?

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Schritt 1: Basisstrom berechnen

$I_B = \frac{I_C}{B} = \frac{5\,\text{mA}}{298} \approx 16{,}8\,\mu\text{A}$

Schritt 2: Vorwiderstand berechnen (mit $U_{BE} = 0{,}6\,\text{V}$ laut Schaltbild)

$R_1 = \frac{U_B - U_{BE}}{I_B} = \frac{12\,\text{V} - 0{,}6\,\text{V}}{16{,}8\,\mu\text{A}} = \frac{11{,}4\,\text{V}}{16{,}8 \cdot 10^{-6}\,\text{A}} \approx \mathbf{680\,\text{k}\Omega}$

Warum 10-facher Basisstrom im Spannungsteiler? (AC516)

Frage AC516 fragt, warum durch $R_2$ etwa der 10-fache Basisstrom fließen soll.

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Antwort: Damit der Arbeitspunkt stabil bleibt!

Warum? Wenn der Spannungsteiler-Strom viel größer als der Basisstrom ist, bestimmt der Spannungsteiler die Basisspannung - unabhängig von Schwankungen des Transistors (Temperatur, Exemplarstreuung).

Spannungsteiler mit Emitterwiderstand (AC517, AC518)

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Spannungsteiler Emitterwiderstand Variante

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Bei diesen Berechnungen zusätzlich beachten:

Spannungsabfall am Emitterwiderstand berücksichtigen
Basisspannung = $U_{BE}$ + $U_{R_E}$

Fragen AC519 & AC520: Fehlersuche

Fragen AC519 und AC520 fragen nach dem Verhalten bei Bauteilfehlern.

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Fehler	Wirkung	Erklärung
$R_1$ unterbrochen	Kein $I_C$, $U_C$ steigt auf $U_B$	Kein Basisstrom → Transistor sperrt
$R_2$ unterbrochen	Transistor in Sättigung, $U_C$ sinkt auf ~0,1 V	Basis wird über $R_1$ hochgezogen → Transistor voll durchgesteuert

Tipp für die Prüfung: Überlege dir: Was passiert mit der Basisspannung, wenn ein Widerstand fehlt? Basis hoch → Transistor leitet voll. Basis niedrig → Transistor sperrt.

Fragen AC521 & AC522: FET-Spannungsteiler

Gate-Source-Spannung berechnen (AC521)

Frage AC521: $U_B = 44\,\text{V}$, $R_1 = 10\,\text{k}\Omega$, $R_2 = 1\,\text{k}\Omega$

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Da praktisch kein Gatestrom fließt, ist $U_{GS}$ einfach die Spannung über $R_2$:

$U_{GS} = U_B \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2} = 44\,\text{V} \cdot \frac{1\,\text{k}\Omega}{10\,\text{k}\Omega + 1\,\text{k}\Omega} = 44\,\text{V} \cdot \frac{1}{11} = \mathbf{4\,\text{V}}$

Frage AC523: Power-MOSFET Verlustleistung

Frage AC523: $R_{DSon} = 4\,\text{m}\Omega$, $I = 25\,\text{A}$

$P = I^2 \cdot R_{DSon} = (25\,\text{A})^2 \cdot 4\,\text{m}\Omega = 625 \cdot 0{,}004\,\Omega = \mathbf{2{,}5\,\text{W}}$

Warum $I^2 \cdot R$? Das ist die Formel für die Verlustleistung an einem Widerstand. Der MOSFET verhält sich im eingeschalteten Zustand wie ein kleiner Widerstand ($R_{DSon}$).

Frage AC524: Die Freilaufdiode

Frage AC524 fragt nach der korrekten Platzierung einer Freilaufdiode.

Eine Freilaufdiode schützt den Schalttransistor vor Induktionsspannungen:

Parallel zur induktiven Last (Relais, Motor)
In Sperrrichtung zur Betriebsspannung (im Normalbetrieb sperrt sie)
Beim Abschalten wird sie leitend und leitet den Induktionsstrom ab

Wichtig: Die Kathode der Diode zeigt zum Plus! Im Normalbetrieb sperrt sie. Nur beim Abschalten (wenn die Spule eine negative Spannung erzeugt) leitet sie.

Zusammenfassung für die Prüfung

Frage	Thema	Richtige Antwort
AC501	Bipolarer Transistor	Stromgesteuert
AC502	FET	Spannungsgesteuert
AC503	NPN Basis	p-dotiert
AC504	PNP Basis	n-dotiert
AC505	BE-Übergang leitend	In Durchlassrichtung
AC506	FET-Schaltzeichen	Feldeffekttransistor
AC507	Sperrschicht-FET	Selbstleitend N/P-Kanal
AC508	MOSFET-Typ	Selbstsperrender N-Kanal
AC509-511	MOSFET erkennen	Schaltzeichen analysieren
AC512	FET-Anschlüsse	Drain, Gate, Source
AC513	Anschlüsse benennen	1:Drain, 2:Source, 3:Gate
AC514	FET-Steuerung	$U_{GS}$ steuert Kanalwiderstand
AC515	Vorwiderstand	ca. 680 kΩ
AC516	10× Basisstrom	Arbeitspunkt stabil
AC517	$R_1$ mit $U_{RE}$	ca. 76,4 kΩ
AC518	$R_1$ ohne $U_{RE}$	ca. 85,5 kΩ
AC519	$R_1$ defekt	Kein $I_C$, $U_C$ = $U_B$
AC520	$R_2$ defekt	Sättigung, $U_C$ ≈ 0,1 V
AC521	$U_{GS}$ berechnen	4 V
AC522	$R_2$ berechnen	ca. 680 Ω
AC523	MOSFET-Verlustleistung	2,5 W
AC524	Freilaufdiode	Parallel zur Last, Sperrrichtung

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Ein bipolarer Transistor ist ...

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AC502

Ein Feldeffekttransistor ist ...

AC503

Mit welchem Anschluss ist der p-dotierte Bereich eines NPN-Transistors verbunden?

AC504

Mit welchem Anschluss ist der n-dotierte Bereich eines PNP-Transistors verbunden?

AC505

Bei einem bipolaren Transistor in leitendem Zustand befindet sich der Basis-Emitter-PN-Übergang ...

AC506

Welches Bauteil wird durch das Schaltzeichen symbolisiert?

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AC507

Welche Bezeichnungen für die Bauelemente sind richtig?

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AC508

Der folgende Transistor ist ein ...

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AC509

Welcher der folgenden Transistoren ist ein selbstsperrender N-Kanal-MOSFET?

AC510

Welcher der folgenden Transistoren ist ein selbstleitender N-Kanal-MOSFET?

AC511

Welcher der folgenden Transistoren ist ein selbstleitender P-Kanal-MOSFET?

AC512

Wie lauten die Bezeichnungen der Anschlüsse eines Feldeffekttransistors?

AC513

Wie bezeichnet man die Anschlüsse des abgebildeten Transistors?

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AC514

Wie erfolgt die Steuerung des Stroms im Feldeffekttransistor (FET)?

AC515

Die Betriebsspannung beträgt 12 V, der Kollektorstrom soll 5 mA betragen, die Gleichstromverstärkung des Transistors beträgt 298. Berechnen Sie den Vorwiderstand $R_1$.

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AC516

Warum soll bei dem gezeigten Basisspannungsteiler der Strom durch $R_2$ etwa 10-mal größer als der Basisstrom sein?

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AC517

Die Betriebsspannung beträgt 10 V, der Kollektorstrom soll 2 mA betragen, die Gleichstromverstärkung des Transistors beträgt 200. Durch den Querwiderstand $R_2$ soll der zehnfache Basisstrom fließen. Am Emitterwiderstand soll 1 V abfallen. Berechnen Sie den Vorwiderstand $R_1$.

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AC518

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AC519

Was passiert, wenn der Widerstand $R_1$ durch eine fehlerhafte Lötstelle an einer Seite keinen Kontakt mehr zur Schaltung hat? Welche Beschreibung trifft zu?

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AC520

Was passiert, wenn der Widerstand $R_2$ durch eine fehlerhafte Lötstelle an einer Seite keinen Kontakt mehr zur Schaltung hat? In welcher Antwort sind beide Aussagen richtig?

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AC521

Wie groß ist die Gate-Source-Spannung in der gezeichneten Schaltung? $U_{\textrm{B}} = 44 V$; $R_1 = 10 k\Omega$; $R_2 = 1 k\Omega$; $R_3 = 2,2 k\Omega$ ...

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AC522

Wie groß muss $R_2$ gewählt werden, damit sich eine Spannung von 2,8 V zwischen Gate und Source einstellt? $U_{\textrm{B}}$=44 V; $R_1$=10 kOhm; $R_3$=2,2 kOhm ...

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AC523

Welche Verlustleistung erzeugt ein Power-MOS-FET mit $R_{\textrm{DSon}}$ = 4 mΩ bei einem Strom von 25 A?

AC524

In welcher der folgenden Schaltungen ist die Freilaufdiode richtig eingesetzt?

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