2.SA ab Schalterbetrieb

Question 1

Welche Grundsätzlichen Anforderungen gibt es für den Transistor als Schalter?

Answer 1

Ein-Zustand → möglichst Niederohmig → kleiner Spannungsabfall
Aus-Zustand → möglichst Hochohmig → hoher Leckstrom

Schnell wechselnder Schaltzustand
Verlustleistung und die damit verbundene nötige Kühlung möglichst klein halten

Question 2

Wieso wird ein Transistor im Schalterbetrieb übersteuert und was bedeutet das?

Answer 2

Bei der Übersteuerung des Transistors mit einem hohen Basisstrom, wird gewährleistet, dass ein hoher Kollektorstrom fließen kann während der Spannungsabfall über UCE trotzdem klein gehalten wird.

Großer IB ermöglicht großen IC, selbst bei kleiner UCE

kleine UCE → wenig Verlustleistung und Wärmeentwicklung

Question 3

Wann ist die Verlustleistung im Schaltbetrieb mit Transistoren am höchsten?

Answer 3

Während des Umschaltens:

• hälfte der Spannung und gleichzeitig hoher Strom durch den Lastzweig führt zu hohen Verlustleistungen im Transistor

→ deshalb sollten die Schaltzeiten möglichst klein gehalten werden

Question 4

Weshalb wird bei Transistor im Verstärkerbetrieb (Linearbetrieb) der Sättigungsbetrieb bzw. Sperrbetrieb vermieden?

Answer 4

Starke Verzerrungen des Ausgangssignal in den Extrembereichen (Schalterbetriebsbereichen)

Question 5

Wie hoch ist der Einschaltstrom bei einer RC(parallel) Last beim Schalterbetrieb eines Transistors?

Answer 5

C hat theoretisch unendlich hohen Einschaltstrom und R=0, begrenzt wird der Strom jedoch vom Stromverstärkungsfaktor und des eingespeisten Basisstroms.

Question 6

Welche max. Sperrschichttemperatur erlauben Silizium-Transistoren?

Answer 6

150 - 200 Grad Celcius

Question 7

Was wird bei zu starker Erwärmung im Transistor ausgelöst?

Answer 7

Hohe Feldstärke führt zur Ablösung von Valenzelektronen, Stoßionisation der gelöst Elektronen führt zu einer Kettenreaktion. Der Transistor wird immer leitender und erwärmt sich immer weiter, heizt sich letztendlich tot.

Question 8

Welche zwei Grundsätzlichen Methoden der Bauelementkühlung gibt es?

Answer 8

Kühlung durch die Oberfläche eines Bauelements und Kühlung durch die Montage auf einem Kühlkörper

Question 9

Aus welchen Material werden Kühlkörper meist hergestellt?

Answer 9

Aluminium, da relativ preisgünstig und gut mechanisch bearbeitbar

Question 10

Weshalb werden Kühlkörper häufig schwarz eloxiert?

Answer 10

kleinerer Wärmewiderstand → besser Wärmestrahlung

Question 11

Wie können die Grundlagenelektronikgrößen mit denen der Kühlkörperberechnung verglichen werden?

Answer 11

elektrischer R = Wärmewiderstand
elektrische Strom = Wärmestrom
elektrische Spannung = Temperatur

Question 12

Was beschreibt der Wert RthCA?

Answer 12

thermischen Widerstand zwischen Gehäuse

und Umgebung

Question 13

Was beschreibt der Wert RthJA?

Answer 13

thermischen Widerstand zwischen Sperrschicht und Ambiente

Question 14

Was beschreibt der Wert RthJC?

Answer 14

thermischer Widerstand zwischen Sperrschicht und Gehäuse

Question 15

Erläutere den Aufbau des Sperrschicht-FETs (JFET; N-Kanal).

Answer 15

Der N-Kanal-JFET besteht aus einem n-dotierten Stück Silizium mit zwei Anschlüssen, Drain und Source.

Auf beiden Seiten des Halbleiterstücks sind p-dotierte Zonen eingefügt, diese Zonen sind miteinander verbunden und stellen den Steueranschluss Gate dar.

Question 16

JFETs sind selbstleitend, was bedeutet das?

Answer 16

Keine Spannung an UGS resultiert im maximalen Strom. Bei Kleinleistungstransistoren ca. 10mA

Question 17

Was passiert wenn beim N-Kanal JFET eine negative Spannung an den Gate-Anschluss angelegt wird?

Answer 17

UGS negativ → p-dotierte Schichten verbreitern sich und schließen sich zusammen → Polung des Transistors in Sperrrichtung → N-Kanal Stromfluss ist unterbrochen

Question 18

Wieso kann der JFET nahezu stromlos gesteuert werden und in welchen Bereich befinden sich die Leckströme?

Answer 18

Da die Spannung am Gate negativer ist als am Kanal, ist die Sperrschicht zwischen Gate und Kanal in Sperrrichtung gepolt. Daher fließt am Gate nur ein sehr geringer Leckstorm von max. 1nA, typisch sogar nur 0,5pA.

Question 19

Wie unterscheidet sich der N-Kanal JFET vom P-Kanal?

Answer 19

Alle Dotierungen, Spannungen und Ströme weißen umgekehrte Polarität auf

Question 20

Weshalb weißen JFETs im Vergleich zu Bipolartransistoren wesentlich schneller Schalt- und Speicherzeiten auf?

Answer 20

JFETs haben keine Minoritätsladungsträger die ausgetauscht werden müssten nach einer Zustandsänderung. JFETs nutzen im Stromweg nur eine Sorte Ladungsträger (Elektronen beim N-Kanal)