Transistor
Zwei wichtige Transistortypen sind die Bipolartransistoren und die Feldeffekttransistoren (FET).
Im Gegensatz zu den Feldeffekttransistoren, die durch eine elektrische Spannung gesteuert werden, werden Bipolartransistoren durch den el. Strom gesteuert. Weitere Informationen findet man z.B. bei Wikipedia: https://de.wikipedia.org/wiki/Transistor
Gründe für den Einsatz von Feldeffekttransistoren in diesem Praktikum sind:
- die Unempfindlichkeit,
- die Spannungssteuerung (leistungslose Schaltung) und
- einfache Modelle zur Erklärung.
Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren kurz MOSFET eignen sich, wie auch Metall-Oxid-Halbleiter-ICs, besonders gut im Praktikum, da sie hohe Spannungen (auch über 9 V) ver-tragen.
Bildquelle: n-FET von ZPG IMP [CC BY-SA 4.0 DE], aus 01_eui_unterricht.odt
Das Ziel dieses Praktikums ist die Untersuchung von Logikgattern. Daher wird nur der Transistor als elektrischer Schalter behandelt.
In den Transistorschaltungen wird ein n-FET verwendet. Der Source-Anschluss wird daher mit dem Minuspol und der Drain-Anschluss mit dem Pluspol verbunden.
17. und 18. Stunde
Bildquelle: Schalten mit Fingern von ZPG IMP [CC BY-SA 4.0 DE], aus 01_eui_unterricht.odt
Bildquelle: Schalten mit Fingern von ZPG IMP [CC BY-SA 4.0 DE], aus 01_eui_unterricht.odt
Sehr motivierend ist das Ein- und Ausschalten einer Glühlampe mit den Fingern (s. Abb. 21). Dieser Versuch und weitere FET-Versuche liegen auf dem Lehrerfortbildungsserver: „Physik, Klasse 10 als Eingangsklasse der Kursstufe; Modul 1: Elektrizitätslehre“.
https://lehrerfortbildung-bw.de/u_matnatech/physik/gym/bp2004/fb3/modul1/
Die Schülerinnen und Schüler bauen diese Schaltung nach und lernen einen FET mit den Begriffen Gate, Source und Drain kennen.
Anschließend bauen sie einen Taster in die Schaltung. Dabei erkennen sie, dass das Gate zum Sperren des FETs mit dem Minuspol verbunden werden muss. Dies kann mit einem hochohmigen Widerstand realisiert werden.
Bildquelle: Schwellenspannung FET von ZPG IMP [CC BY-SA 4.0 DE], aus 01_eui_unterricht.odt
Für die Planung von Transistorschaltungen benötigt man die Spannung zwischen Gate und Minuspol, bei der der Transistor durchschaltet. Diese Spannung wird auch Schwellenspannung (s. Diode) genannt. Bei der Glühlampenschaltung wird die Spannung zwischen Gate und Minuspol langsam erhöht. Beginnt die Lampe zu leuchten, so hat man einen groben Wert für die Schwellenspannung. Baut man statt der Glühlampe ein Stromstärkemessgerät ein, so misst man einen genaueren Wert. Als Zusatz kann noch eine Kennlinie ermittelt werden (Spannung Gate - Minuspol, Stromstärke von Drain zu Source). Um hohe Stromstärken zu vermeiden, baut man eine Glühlampe zwischen Drain und Pluspol ein.
Im Internet findet man gute Erklärvideos zu einem MOSFET. Z.B.: „Die Funktion des revolutionären Transistors | MOSFET“.
https://www.youtube.com/watch?v=pf6xbM_d5u4
Unterrichtsgang: Herunterladen [odt][1 MB]
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