Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

95 17.6 Anwendungen des Transistors Transistor als Schalter Je größer der Basisstrom ist, umso größer wird die Leitfähigkeit des Transistors zwischen Emitter und Kollektor (vgl. Abb. 94.3). Man sagt, der Transistor steuert durch. Ab einer vom Bau des jeweiligen Tran- sistors abhängigen Größe des Basisstroms, erreicht die Leitfähigkeit ihren größten Wert, der Transistor ist ab dieser Basisstromstärke voll durchgesteuert. Die Strecke Emitter-Kollektor hat damit ihren geringsten Widerstandswert erreicht, der Kollektorstrom wird praktisch nur mehr durch den äußeren Stromkreis (Verbraucherstromkreis) bestimmt. Man sagt, der Transistor befindet sich im Übersteuerungszustand. Sorge für gute Beleuchtung des Fotowiderstandes – LDR (Tageslicht, Taschenlampe, …). Decke den LDR ab! Das Prinzip der Schaltung besteht darin, dass bei Be- leuchtung die Basisspannung U BE wegen des geringen LDR-Widerstandes gering ist. Bei zunehmender Dun- kelheit steigt der Widerstand des Fotowiderstandes und damit die Basisspannung so lange an, bis der Transistor durchsteuert. 17.6.2 Der Fotowiderstand Aufgabe einer Lichtschranke kann es sein, bei Unter- brechung eines Lichtstrahles einen Verbraucher (zum Beispiel eine Hupe) einzuschalten. Dazu verwendet man lichtabhängige Widerstände ( LDR-Widerstän- de, Fotowiderstände, light dependent resistors ), die je nach ihrer Beleuchtung sehr unterschiedlichenWider­ standswert aufweisen. In der Dunkelheit haben sie einen Widerstand von etwa 10 M X , bei Beleuchtung ist ihr Widerstandswert vergleichsweise gering, er be- trägt dann etwa 1 k X . In Halbleitermaterialien werden Elektronen durch Energiezufuhr zur elektrischen Leitung aus den Git- terbindungen herausgelöst. Bei manchen Materialien (zB Cadmiumsulfid CdS, Bleisulfid PbS) können Elekt- ronen durch Bestrahlung mit Licht von den Gitterato- men freigesetzt werden. Man nennt den Vorgang, bei dem durch Lichteinstrahlung Elektronen im Inneren eines Halbleitermaterials freigesetzt werden können, den inneren Photoeffekt. Mit zunehmender Lichtein- strahlung (Beleuchtungsstärke) nimmt die Zahl der freien Elektronen zu, der Widerstandswert nimmt ab. Widerstände mit dieser Eigenschaft werden Fotowi- derstände genannt und eignen sich zur Messung von Beleuchtungsstärken. A1 Verschaffe dir einen Überblick über elektronische Bauelemente (NTC, LED, LDR, Zener-Dioden, MOS- FETs, Thyristoren, …) Beispiel Transistor – Schaltstufe Der Sperrzustand und der Durchlasszustand zwi- schen Emitter und Kollektor des Transistors wer- den als Zustände eines Schalters verwendet. Die Steuerung dieses Schalters erfolgt dabei mit Hilfe der Basisspannung U BE ohne bewegliche Teile. Die Schaltzeiten sind um Größenordnungen geringer als bei elektromagnetischen Schaltern. An die Basis eines npn-Transistors muss somit eine gegenüber dem Emitter genügend große positive Spannung UBE angelegt werden. Dies erreicht man zum Bei- spiel mit einer Spannungsteilerschaltung (Potentio- meterschaltung). Versuch Lichtschranke Baue folgende einfache Lichtschranke auf: Abb. 95.1 Transistorschaltstufe für eine Lichtschranke 10 k Ω Abb. 95.2 Realaufnahme und Schaltsymbol eines LDR Abb. 95.3 B-R-Diagramm eines LDR (beachte die Achsen­ beschriftung!) Beleuchtungsstärke in lx B Widerstand in  R 10 1 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 2 10 3 10 4 Änderung des Widerstandes eines LDR in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke. + Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv