Transistoren sind eines der Hauptelemente elektronischer Schaltungen. Sie können verwendet werden, um elektrische Signale zu verstärken, zu schalten und zu stabilisieren. In diesem Artikel betrachten wir die grundlegenden Schaltkreise für Transistoren und ihre Merkmale.
Das erste Einschaltschema ist der Emitter-Repeater. In dieser Schaltung wird der Transistor als Verstärker mit einem gemeinsamen Emitter verbunden. Es hat eine große Verstärkung und eine große Bandbreite. Eine solche Schaltung verbraucht jedoch viel Strom und hat einen niedrigen Ein- und Ausgangsimpedanz.
Die zweite Schaltung ist ein einfacher Repeater. In dieser Schaltung wird der Transistor als Verstärker mit einer gemeinsamen Basis verbunden. Es hat einen größeren Eingangsimpedanz, hat aber eine geringere Verstärkung als der Emitter-Repeater. Auch in diesem Schema kann keine inverse Verstärkung erhalten werden.
Die dritte Schaltung ist ein Kollektorverstärker. In dieser Schaltung wird der Transistor als Verstärker mit einem gemeinsamen Kollektor verbunden. Es hat einen großen Ausgangsimpedanz und Verstärkung, hat aber eine geringe Bandbreite. Auch in diesem Schema kann keine inverse Verstärkung erhalten werden.
Transistoren werden häufig in einer Vielzahl von elektronischen Geräten verwendet, von Radios bis hin zu Computern. Die Kenntnis der grundlegenden Schaltkreise von Transistoren ermöglicht es Ihnen, elektronische Geräte mit den erforderlichen Eigenschaften und Funktionen zu entwerfen und zu montieren.
Transistoren und ihre Rolle in der Elektronik
Transistoren sind in zwei Haupttypen unterteilt: Bipolartransistoren und Feldtransistoren. Bipolartransistoren (NPN und PNP) bestehen aus drei Schichten aus Halbleitermaterial, und Feldtransistoren (MOSFET und JFET) haben zwei Schichten. Jeder Transistortyp hat seine eigenen einzigartigen Eigenschaften und wird in verschiedenen Schaltungen verwendet.
Die Arbeit der Transistoren basiert auf der Steuerung des Stroms durch die Basis oder das Gate. Wenn das Steuersignal an der Basis (für Bipolartransistoren) oder am Gate (für FET-Transistoren) anliegt, ändert sich die Leitfähigkeit zwischen Emitter und Kollektor (für Bipolartransistoren) oder zwischen Quelle und Abfluss (für Fet-Transistoren).
Transistoren können verwendet werden, um das Signal zu verstärken, wodurch die Leistung erhöht wird, sowie umgeschaltet werden kann, wodurch der Stromkreis geöffnet oder geschlossen werden kann und somit der Signalfluss gesteuert wird. Sie können in verschiedenen Modi arbeiten, einschließlich Aktiv, Sättigung und Clipping.
Viele Transistoren können miteinander verbunden werden, um komplexere elektronische Schaltungen wie Verstärker und Logikgatter zu konstruieren. Aufgrund ihrer geringen Größe und ihres geringen Energieverbrauchs konnten Transistoren größere und energieintensive Lampen ersetzen und die Grundlage moderner Elektronik bilden.
Schließlich spielen Transistoren eine Schlüsselrolle in modernen elektronischen Geräten und bieten Signalverstärkung und -umschaltung sowie die Möglichkeit, komplexe Schaltkreise zu erstellen.
Das Funktionsprinzip von Transistoren und ihre Arten
Abhängig von der Art der Leitfähigkeit können Transistoren in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: bipolar und feldgesteuert.
Bipolartransistoren bestehen aus zwei sich kreuzenden Halbleiterschichten - einem Emitter, einer Basis und einem Kollektor. Der Strom fließt durch den Transistor durch zwei sich kreuzende Dioden, die eine pn-Übergangsstruktur bilden. Bipolartransistoren sind in zwei Typen unterteilt: NPN und PNP.
FET-Transistoren bestehen aus einer einzigen Halbleiterschicht und unterscheiden sich in der Art der Leitfähigkeit - N-Kanal und P-Kanal. Sie steuern den Strom über ein elektrisches Feld, das zwischen der zweiten und dritten Elektrode erzeugt wird. FET-Transistoren können entweder passiv (JFET) oder aktiv (MOSFET) sein.
| Ansicht des Transistors | Arbeitsprinzip |
|---|---|
| NPN | Der Strom fließt bei positiver Spannung an der Basis vom Emitter zum Kollektor |
| PNP | Der Strom fließt vom Kollektor zum Emitter bei einer negativen Spannung an der Basis |
| N-Kanal MOSFET | Der Strom fließt bei positiver Spannung am Gate von Quelle zu Abfluss |
| P-Kanal MOSFET | Der Strom fließt bei einer negativen Spannung am Gate vom Abfluss zur Quelle |
Jede Art von Transistor hat seine eigenen einzigartigen Eigenschaften und kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, abhängig von den Anforderungen der Schaltung.
Grundlegende Schaltkreise für Transistoren
1. Emitter-Repeater (EP)
Ein Emitter-Repeater ist die einfachste Schaltung, um einen Transistor im Verstärkungsmodus einzuschalten. In dieser Schaltung ist der Emitter des Transistors mit dem gemeinsamen Punkt der Schaltung verbunden und das angeschlossene Signal wird der Basis zugeführt. Das Ausgangssignal wird vom Kollektor entnommen.
Der Vorteil dieser Schaltung ist ihre große Verstärkung, aber sie hat auch einige Nachteile, wie Nichtlinearität und einen begrenzten Betriebsfrequenzbereich.
2. Basisverstärker (NETZTEIL)
Der Basisverstärker ist eine Einschaltschaltung, bei der die Basis des Transistors mit einem gemeinsamen Punkt verbunden ist und das angeschlossene Signal an den Emitter gesendet wird. Das Ausgangssignal wird vom Kollektor entnommen.
Diese Schaltung hat einen hohen Eingangsimpedanz, aber ihre Verstärkung ist niedriger als die des Emitter-Repeaters. Es hat auch einen begrenzten Frequenzbereich.
3. Transistor-Schaltschlüssel
Transistoren können auch in Schaltkreisen verwendet werden, in denen sie als Schlüssel funktionieren. In diesem Modus kann der Transistor ein offenes (leitendes) oder geschlossenes (nicht leitendes) Element in der Schaltung sein.
Beispiele für Schaltkreise, die Transistoren verwenden, sind Wechselrichter, Trigger und Zähler.
4. Verstärker mit gemeinsamem Emitter
Ein Verstärker mit einem gemeinsamen Emitter ist eine der häufigsten Schaltkreise für Transistoren in Verstärkungsschaltungen. In dieser Schaltung ist der Emitter des Transistors mit einem gemeinsamen Punkt verbunden und das Eingangssignal wird an die Basis gesendet. Das Ausgangssignal wird vom Kollektor entnommen.
Ein Verstärker mit einem gemeinsamen Emitter hat eine hohe Verstärkung, weist jedoch einige Einschränkungen im Bereich der Eingangs- und Ausgangswiderstände auf.
Dies sind nur einige Beispiele für Transistorschaltungen. Es gibt viele andere, die verschiedene Funktionen in elektronischen Geräten implementieren können.
Eine kurze Beschreibung jedes Einschaltschemas
Schaltplan des Transistors als Schlüssel
In dieser Schaltung wird der Transistor als Schlüssel zur Steuerung der angeschlossenen Last verwendet. Wenn ein Signal an die Basis des Transistors gesendet wird, wechselt es vom Cutoff-Modus in den Sättigungsmodus, wodurch der Strom frei durch die Last fließen kann. Wenn kein Signal an der Basis vorhanden ist, geht der Transistor in den Cutoff-Modus über, der Strom durch die Last wird gestoppt.
Schaltplan des Transistors als Verstärker mit niedriger Frequenz
In dieser Schaltung wird ein Transistor verwendet, um die niedrige Signalfrequenz zu verstärken. Das Signal wird an die Basis des Transistors gesendet, wodurch sich der Kollektorstrom ändert. Dies führt zu einer Verstärkung der Signalamplitude am Ausgang.
Schaltplan des Transistors als DC-Verstärker
In dieser Schaltung wird ein Transistor verwendet, um den Gleichstrom zu verstärken. Ein Gleichstromsignal wird an die Basis des Transistors angelegt und bewirkt eine Änderung des Kollektorstroms. Dadurch kann der Gleichstrom am Ausgang der Schaltung verstärkt werden.
Schaltplan des Transistors im Rückkopplungsmodus
In dieser Schaltung wird der Transistor in Verbindung mit Rückkopplungselementen verwendet, um den Betrieb der Schaltung zu stabilisieren oder einen Verstärker mit bestimmten Eigenschaften zu erzeugen. Die Rückkopplung verhindert verschiedene Signalverzerrungen und sorgt für eine genauere Verstärkung oder Regulierung.
Praktische Anwendung von Transistorschaltkreisen
Transistorschaltkreise finden eine breite praktische Anwendung in verschiedenen Bereichen der Elektronik und Elektrotechnik. Die Kenntnis der verschiedenen Schaltkreise und Möglichkeiten, Transistoren einzuschalten, ermöglicht es, effiziente Geräte und Systeme zu erstellen, die in verschiedenen Tätigkeitsbereichen verwendet werden.
Eine der häufigsten Anwendungen von Transistorschaltkreisen ist die Verstärkung und Änderung von Signalen. In Verstärkungsschaltungen werden Transistoren verwendet, um die Leistung elektrischer Signale zu erhöhen. Dies kann beispielsweise bei der Arbeit mit Audio- oder Videosignalen nützlich sein, wenn Sie sie für eine bessere Wiedergabe auf den gewünschten Pegel verstärken müssen.
Auch Transistorschaltkreise können verwendet werden, um Signalwandler zu erzeugen. Mit einer gemeinsamen Emitter-Schaltung können Sie beispielsweise ein variables Signal in ein konstantes Signal umwandeln. Dies kann nützlich sein, wenn eine konstante Spannung oder Strom benötigt wird, um andere Geräte mit Strom zu versorgen.
Eine andere Anwendung von Transistorschaltkreisen besteht darin, logische Elemente zu erzeugen. Transistoren können verwendet werden, um verschiedene logische Funktionen zu erzeugen, wie Und, ODER, NICHT beides. Dies ist besonders nützlich in der digitalen Elektronik, wo Logikelemente zum Verarbeiten und Übertragen von Informationen verwendet werden.
Darüber hinaus können Transistorschaltkreise in der Leistungselektronik verwendet werden, um große Ströme und Spannungen zu steuern. Transistoren können in Stromregelungs- und Schaltkreisen verwendet werden, um den Betrieb von Elektromotoren, Beleuchtung, Heizung und anderen Geräten mit hoher Leistung zu steuern.
Die Kenntnis der verschiedenen Schaltkreise von Transistoren und deren Anwendung ermöglicht es Elektronikern und Elektronikfachleuten, effizientere und fortschrittlichere Geräte und Systeme zu entwickeln, die in verschiedenen Branchen und im Alltag eingesetzt werden.
