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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Darlington Schaltung / Transistor


Autor: Rhyles De (rhyles)
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Hallo,

ich verstehe die Darlington Schaltung und die Transistorfunktion noch 
nicht so ganz. Der Transistor schaltet schon durch, wenn an der Basis 
auch nur geringer Strom fließt (NPN). Man macht sich die Eigenschaft für 
die Darlingtonschaltung zu nutzen und erreicht eine Art Verstärkung 
kleinster Menge Strom. Damit brauch man also immer weniger Strom an der 
Basis um eine Durchschaltung zu bewirken. Es geht also lediglich darum?
D.h. mit einem Transistor wird nicht der Strom am Emitter stärker, als 
er am Kollektor ist (so hatte ich das vorher verstanden), sondern der 
Transistor dient einfach nur als Schalter dem kleinste Mengen Strom an 
der Basis zum Durchschalten genüge ist. Ist das so richtig?
Und mit der Darlingtonschaltung verstärkt man diesen Effekt einfach.

Wozu das eigentlich? Ist es nicht möglich einfach Widerstände vor der 
Basis zu verringern oder gibt es vielleicht sehr komplexe Schaltungen in 
denen
es keine bessere Möglichkeit gibt und mit geringsten Mengen Strom 
geschaltet werden muss?

Hoffe der Groschen fällt bald. :-?
Grüße, Rhyles

Autor: mhh (Gast)
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Rhyles De schrieb:
> Der Transistor schaltet schon durch, wenn an der Basis
> auch nur geringer Strom fließt

Du musst versuchen, "analog" zu denken.
Kleiner Strom in Basis * Stromverstärkung = Strom Kollektor/Emitter -> 
dieser wiederum ist der Basisstrom für den  2. Transistor bei der 
Darlingtonschaltung * dessen Stromverstärkung = noch größerer Strom in 
dessen Ausgangskreis.

Darlington wird verwendet, wo hohe Stromverstärkung notwendig ist und 
ein einzelner Transistor diesen Stromverstärkungsfaktor nicht hat.


(Das ganze ist jetzt vereinfacht beschrieben)

Autor: holger (Gast)
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>Wozu das eigentlich? Ist es nicht möglich einfach Widerstände vor der
>Basis zu verringern oder gibt es vielleicht sehr komplexe Schaltungen in
>denen
>es keine bessere Möglichkeit gibt und mit geringsten Mengen Strom
>geschaltet werden muss?

FET?

Autor: KlaRa (Gast)
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Hallo Rhyles,
so richtige dicke Leistungstransistoren haben nicht die grössten 
Stromverstärkungen.Die können schon mal bei 15-20 liegen, vor allem in 
Richtung Leistungsgrenze. Um diese Schwäche auszugleichen wird ein 
Transistor direkt vorgeschaltet. Der muss jetzt nicht die Power liefern. 
Wenn er jetzt einen Faktor von 100 erreicht, dies wäre ganz im üblichen 
Rahmen, dann kommt man schon auf (15-20)x100, also über 
Stromverstärkungsfaktor 1000. Damit lassen sich schon einmal 10A mit 1mA 
steuern.
Gruss Klaus.

Autor: HildeK (Gast)
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>... dann kommt man schon auf (15-20)x100, also über
>Stromverstärkungsfaktor 1000. Damit lassen sich schon einmal 10A mit 1mA
>steuern.
@KlaRa - bitte nochmal nachrechnen :-)!
5-7mA müssten es in deinem Beispiel schon sein ...

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Dann gibt es auch noch die Darlington-Schaltung, die aus einem PNP- und 
einem NPN-Transistor besteht (oder umgekehrt) und einen PNP- 
(NPN-)Transistor ergibt.

Das ist nicht so üblich, aber ein Tipp, wenn man mal nur bestimmte 
Transistoren zur Verfügung hat.

Autor: KlaRa (Gast)
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Hallo HildeK,
na gut.
Gruss Klaus.

Autor: Knut (Gast)
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Wilhelm Ferkes schrieb:
> Dann gibt es auch noch die Darlington-Schaltung, die aus einem PNP- und
> einem NPN-Transistor besteht (oder umgekehrt) und einen PNP-
> (NPN-)Transistor ergibt.

Das ist ein komplementärer Darlington und hat nur 0,7V Spannungsabfall 
über der B-E Stecke. Sie ist paradoxerweise aber nicht so verbreitet wie 
ein normaler Darligton.

Ich habe vor langer Zeit einmal gelernt das der komplementär Darlington 
auch als LIN-Schaltung bezeichnet wird. Habe diesen Namen aber nie 
wieder gehört.

Stimmt diese Bezeichnung?

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Knut schrieb:

>Wilhelm Ferkes schrieb:
>>Dann gibt es auch noch die Darlington-Schaltung, die aus einem PNP- und
>>einem NPN-Transistor besteht (oder umgekehrt) und einen PNP-
>>(NPN-)Transistor ergibt.

>Das ist ein komplementärer Darlington und hat nur 0,7V
>Spannungsabfall über der B-E Stecke. Sie ist paradoxerweise
>aber nicht so verbreitet wie ein normaler Darligton.

>Ich habe vor langer Zeit einmal gelernt das der komplementär
>Darlington auch als LIN-Schaltung bezeichnet wird. Habe diesen
>Namen aber nie wieder gehört.

>Stimmt diese Bezeichnung?

Mit der Bezeichnung kann ich leider nicht dienen. Diese Schaltungen habe 
ich aus einem Vorlesungs-Script in Elektronik an der FH. Hab sie niemals 
woanders wieder gesehen.

OK, du nennst schon die Vorteile, UBE von nur einer BE-Strecke. Ich 
schaue mir nochmals genau an, ob sie nicht noch andere Vorteile hat... 
Vielleicht aber auch Nachteile, z.B. Transferfrequenzen, muß aber nicht 
sein, soweit bin ich aber noch nicht...

Autor: mhh (Gast)
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Wilhelm Ferkes schrieb:
> Dann gibt es auch noch die Darlington-Schaltung, die aus einem PNP- und
> einem NPN-Transistor besteht (oder umgekehrt) und einen PNP-
> (NPN-)Transistor ergibt.

Die tauchten in NF-Verstärkern auf, als es noch keine so 
leistungsfähigen PNP-Leistungstransistoren gab. Nannte sich 
Quasikomplementärendstufe.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Ich lade die Darlington-Komplementärstufe mal als Dateianhang hoch. 
Sorry, Handzeichnung, hab gerade keinen Bock auf den Schaltplan-Editor.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Sorry, 2 mal, ist beim Upload was schief gegangen.

Edit:

Falls Speicherplatz auf dem Server kritisch, bitte einen der 2 Anhänge 
löschen.

Autor: Arno H. (arno_h)
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@ Wilhelm Ferkes (ferkes-willem):
George C. Sziklai hats erfunden bzw patentiert:
http://www.google.de/#hl=de&source=hp&q=sziklai&me...

Arno

Autor: Anatomiker (Gast)
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Die tauchen auch... als Thyristoren auf, wenn man solche nicht hat.

Autor: yalu (Gast)
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Anatomiker schrieb:
> Die tauchen auch... als Thyristoren auf, wenn man solche nicht hat.

Wie meinst du das? Doch nicht, dass man einen komplementären Darlington
durch einen Thyristor ersetzen kann?

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Arno H. schrieb:

>@ Wilhelm Ferkes (ferkes-willem):
>George C. Sziklai hats erfunden bzw patentiert:

Im Jahr 1957. OK, mein Vorlesungsscript war auch schon etwas älter, aber 
da ist noch nicht mal dieser Hinweis drin. Danke!

Allerdings waren die damaligen Germanium-PNP-Transistoren bei gleichen 
Dimensionen mit besseren Parametern herstellbar als NPN. Umgekehrt als 
später bei Silizium. Das findet man heute noch z.B. bei MOSFET BUZ71 
(N-Kanal), der Komplementärtyp BUZ171 (P-Kanal) hat kleinere 
Drainströme. Bei Kleintransistoren wie BC547/BC557, sind solche Effekte 
aber weitgehend eliminiert.


yalu schrieb:

>Anatomiker schrieb:
>>Die tauchen auch... als Thyristoren auf, wenn man solche nicht hat.

>Wie meinst du das? Doch nicht, dass man einen komplementären
>Darlington durch einen Thyristor ersetzen kann?

Hoffentlich nicht der Trick, wie man einen Transistor durch 2 Dioden 
ersetzen möchte??? :-)

OK, es gibt da Erklärungsmodelle aus 2 Transistoren, die die 
Schichtenfolge eines Thyristors haben (ich mußte den Thyristor mal im 
Fach Halbleitertechnik erklären). Das reicht mal für ein erstes grobes 
Verständnis. In der Praxis gibt es ansonsten in ICs parasitäre 
Thyristoren (Latch-Up).

Autor: mhh (Gast)
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Wilhelm Ferkes schrieb:
> OK, es gibt da Erklärungsmodelle aus 2 Transistoren, die die
> Schichtenfolge eines Thyristors haben

Hat auch funktioniert, allerdings strommäßig begrenzt auf den maximalen 
Basisstrom. Wurde auch als Diacersatz verwendet, als diese noch 
(schweine)teuer waren.

Autor: Anatomiker (Gast)
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Thyristornachbildung mit Komplementärtransistoren:

                      |----------------o Vcc
                      |
              |Arbeitswiderstand|
                      |
                      o--------|
                      |        |
                |-<---|       ---
         T1 |---|             | |
            |   |------       | | R2
            |     PNP |       ---
            |         |        |
            |         |        o |
            |         |          |--| Taster
            |         |        o |
            |---| NPN |        |
         T2     |-----o--------|
            |-<-|     |
            |        ---
            |        | |
            |        | | R1
            |        ---
            |         |
            |---------o------------------o Gnd

Autor: Georg (Gast)
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>Die tauchen auch... als Thyristoren auf, wenn man solche nicht hat.

Natürlich kann man einen Thyristor durch zwei Transistoren nachbilden,
mit einer komplementären Darlingtonstufe hat das aber nichts zu tun.

Autor: Rhyles De (rhyles)
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mhh schrieb:
> Du musst versuchen, "analog" zu denken.
> Kleiner Strom in Basis * Stromverstärkung = Strom Kollektor/Emitter ->
> dieser wiederum ist der Basisstrom für den  2. Transistor bei der
> Darlingtonschaltung * dessen Stromverstärkung = noch größerer Strom in
> dessen Ausgangskreis.


Ja mhh.
Aber beide Transistoren werden doch von dem selben Ausgangsstrom 
gespeist. Wenn man also den Strom vorher halbiert und später wieder 
addiert, hat man doch im Prinzip den selben Stromgehalt.

Z.B. bei der Schaltung in meinem Datei-Anhang. (Quelle 
www.dieelektronikerseite.de)

Der Transistor hinter dem 47kOhm Widerstand enthält einen geringen 
Basisstrom und schaltet durch.
Aber der durchgeschaltete Strom kommt ja vom Kollektor, welcher sich den
Strom mit dem zweiten Transistor teilt! Also nach der Diode teilt sich 
der
Strom (90,6) zu 300µA (T1) und 90,3 mA (T2). Der 301µA Strom von T1 
addiert sich in T2 mit 90,3mA wieder zu 90,60001mA. Wo genau wurde da 
verstärkt? Ich kapier das noch nicht.:-/
Die 1µA kommen von der Basis T1. Und das wiederum wurde ja auch
geteilt (geteilt zwischen 47kOhm und 470Ohm Widerstand.


Entsteht durch die bipolaren Transistoren vielleicht eine erhöhte 
Spannung, die für die größere Leistung verantwortlich ist?

Viele Dank für die bisherigen Antworten!

Grüße, Rhyles

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Knut schrieb:
> Wilhelm Ferkes schrieb:
>> Dann gibt es auch noch die Darlington-Schaltung, die aus einem PNP- und
>> einem NPN-Transistor besteht (oder umgekehrt) und einen PNP-
>> (NPN-)Transistor ergibt.
>
> Das ist ein komplementärer Darlington und hat nur 0,7V Spannungsabfall
> über der B-E Stecke. Sie ist paradoxerweise aber nicht so verbreitet wie
> ein normaler Darligton.
>
> Ich habe vor langer Zeit einmal gelernt das der komplementär Darlington
> auch als LIN-Schaltung bezeichnet wird. Habe diesen Namen aber nie
> wieder gehört.
>
> Stimmt diese Bezeichnung?

Die Bezeichnung LIN-Schaltung  war in den 80ern durchaus üblich.

Da dieser Ausdruck  heute aber eher selten so auftaucht, wirst Du mit 
"komplementäte Darlingtonschaltung" sicher schneller Konsens erreichen, 
was gemeint ist.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Rhyles De schrieb:

>Wo genau wurde da verstärkt? Ich kapier das noch nicht.:-/
>Die 1µA kommen von der Basis T1. Und das wiederum wurde ja auch
>geteilt (geteilt zwischen 47kOhm und 470Ohm Widerstand.

Bild rechts:

Ist klar, oder? 1µA wird zu 90,3mA verstärkt. Stromverstärkung.

>Entsteht durch die bipolaren Transistoren vielleicht eine erhöhte
>Spannung, die für die größere Leistung verantwortlich ist?

Vorsicht mit Spannung und Leistung, der Transistor ist zunächst erst mal 
nur ein Stromverstärker.

Spannungs- und Leistungsverstärkung erhält man erst in einer Schaltung 
mit weiteren Bauteilen, wie im Bild links, wo mit einem winzigen Strom 
an der Basis von T1 die LED am Kollektor von T2 zum leuchten gebracht 
wird. Der Transistor wirkt dabei wie ein Schalter.

Autor: Rhyles De (rhyles)
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Wilhelm Ferkes schrieb:
> wo mit einem winzigen Strom
> an der Basis von T1 die LED am Kollektor von T2 zum leuchten gebracht
> wird. Der Transistor wirkt dabei wie ein Schalter.

Ja, wenn ich das nun richtig verstehe, meinte ich dass auch was ich zu 
Anfang geschrieben habe.

Rhyles De schrieb:
> sondern der
> Transistor dient einfach nur als Schalter dem kleinste Mengen Strom an
> der Basis zum Durchschalten genüge ist.

Man kann also mit sehr wenig Strom steuern. "Stromverstärken". Aber der 
Strom der mit diesem wenigem Strom von der Basis gesteuert wird, der 
kommt auch unserer Energiequelle (bsp.weise der Batterie). D.h. der 
Transistor ermöglicht nur das Steuern mit sehr wenig Strom.


D.h. es ist auch möglich:

Rhyles De schrieb:
> einfach Widerstände vor der Basis zu verringern

wenn man mit größerem Strom bei wenigern Transistoren steuern möchte.

Aber mit geringerm Strom zu steuern ist wohl praktikabler, besonders in 
der Digitaltechnik.


Ich wollte nur sicher gehen, dass der Transistor nicht irgendwie anders 
Strom bezieht außer von der Energiequelle. Das heisst der Verbrauch ist 
gleich.

Autor: mhh (Gast)
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Rhyles De schrieb:
> Ich wollte nur sicher gehen, dass der Transistor nicht irgendwie anders
> Strom bezieht außer von der Energiequelle. Das heisst der Verbrauch ist
> gleich.

Falls Du das meinst, es wird bei der Darlingtonschaltung nichts 
"vergeudet".

Der erforderliche Ansteuerstrom ist vorteilhafterweise wesentlich 
geringer als bei einem Einzeltransistor.

Autor: MaWin (Gast)
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> Falls Du das meinst, es wird bei der Darlingtonschaltung nichts
> "vergeudet".

Doch, Spannung, der Spannungsabfall am eingeschalteten 
Darlingtontransistor ist 0.7V höher als bei normalen Transistoren, 
dadurch entsteht im Darlingtontransistor im Schaltbetrieb eine 
wesentlich höhere Verlustleistung.

Autor: mhh (Gast)
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So kleinlich wollte ich jetzt nicht sein, MaWin.

Strom geht nicht verloren, nur Spannung. Was bei einer LED Ansteuerung 
durch den Vorwiderstand (der dann kleiner ist) keine Rolle spielt.  :)

Autor: Aufpasser (Gast)
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Doch, kleinlich gehört dazu, weil es bei fertigen Darlingtons nicht mehr 
wegzureden ist, bei denen geht Strom dran vorbei.

Autor: mhh (Gast)
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Ja, die Elektronik ist immer ein Verlustgeschäft, es geht mehr rein als 
rauskommt.  :)

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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MaWin schrieb:

>>Falls Du das meinst, es wird bei der Darlingtonschaltung nichts
>>"vergeudet".

>Doch, Spannung, der Spannungsabfall am eingeschalteten
>Darlingtontransistor ist 0.7V höher als bei normalen
>Transistoren, dadurch entsteht im Darlingtontransistor
>im Schaltbetrieb eine wesentlich höhere Verlustleistung.

Das muß nicht generell Darlington-Konfigurationen schlecht reden: 
Integrierte Darlingtons gibt es natürlich nur in NPN oder PNP.
Die so genannte LIN-Schaltung mit einem Darlington aus NPN und PNP ist 
aber für die geringere UCE bekannt, siehe weiter oben.

Autor: Aufpasser (Gast)
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U_be ist geringer.
U_ce ist gleich.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Aufpasser schrieb:

>U_be ist geringer.
>U_ce ist gleich.

Einspruch, euer anonymer Ehren.

Autor: Aufpasser (Gast)
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Nein, ich Einspruch,
doppeltes Bild oben: ist bestimmt nicht korrekt in der rechten 
Hälfte(pnp).

Was gibt es zu beanstanden?
 > Einspruch, euer anonymer Ehren.
Ich sehe links(npn) nur einen CE-Übergang, genau so wie bei 
komplementär,
also kein Vorteil.
Jedoch links 2 mal einen BE-Übergang, Komplement: eine Sperrschicht.
Muß also heißen:... bekannt für geringere Ube.

Autor: Aufpasser (Gast)
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Bitte noch etwas Bedenkzeit.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Aufpasser schrieb:

>Bitte noch etwas Bedenkzeit.

Nein, hier frißt keiner niemanden. Auch ich bin fehlbar, aber dafür kann 
man ja diskutieren. OK?

>Nein, ich Einspruch,
>doppeltes Bild oben: ist bestimmt nicht korrekt in der rechten
>Hälfte(pnp).

>Was gibt es zu beanstanden?
>> Einspruch, euer anonymer Ehren.
>Ich sehe links(npn) nur einen CE-Übergang, genau so wie bei
>komplementär,
>also kein Vorteil.
>Jedoch links 2 mal einen BE-Übergang, Komplement: eine Sperrschicht.
>Muß also heißen:... bekannt für geringere Ube.

Ich sprach von der LIN-Schaltung. Siehe oben. Habe sie gerade in PSPICE 
simuliert, und da wird nach meiner reichlichen Erfahrung nicht das 
falscheste Ergebnis heraus gekommen sein. Notfalls habe ich reichlich 
Transistoren, um die Schaltung auch real nachzubauen.

Autor: Aufpasser (Gast)
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Dein Thread vom 24.01.2010 19:10
 > OK, du nennst schon die Vorteile, UBE von nur einer BE-Strecke.
 > Ich schaue mir nochmals genau an, ob sie...

Meine Post heute, 04.02.2010 17:52
 U_be ist geringer.     --> als bei gleichgepolten Darlington
 U_ce ist gleich.       --> genau so wie bei  "        "

Was gefällt dir daran nicht?
Es steht aber fest, daß deine LIN nicht die Thyristornachbildung ist.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Ich muß noch etwas über die Dateiformate lernen, und über Größen und 
Auflösungen.

Ich hoffe, das PDF passt etwas.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Weiterer Versuch mit geringerer jpg-Komprimierung: Ist der Dateianhang 
jetzt besser lesbar?

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Ja, leider wieder 2 Uploads, wie unerwünscht.

Autor: Aufpasser (Gast)
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Guten Morgen Willem,
willst du mich veräpplern?
Deine Messschaltung hat nichts mit deiner rechten Handzeichnungshälfte 
vom 24.01.2010 19:57 zu tun.
Jetzt sind die 2 Komplementären ganz anders verschaltet.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Aufpasser schrieb:

>Guten Morgen Willem,
>willst du mich veräpplern?

Guten Tag, Aufpasser,
nein, hab ich doch geschrieben, daß man auch vernünftig diskutieren 
kann.

>Deine Messschaltung hat nichts mit deiner rechten
>Handzeichnungshälfte vom 24.01.2010 19:57 zu tun.

An der rechten Handzeichnungshälfte steht aber auch eindeutig PNP dran.

>Jetzt sind die 2 Komplementären ganz anders verschaltet.

Wenn es einen PNP aus komplementären Transistoren gibt, so muß es auch 
einen komplementären NPN geben, in dem man die Transistorpolaritäten 
einfach tauscht. Genau das hab ich gemacht, nichts weiter. Es hatte 
einfach nur den Grund, daß der NPN besser in eine Grundschaltung mit 
positiver Betriebsspannung gegen Masse passt. Da sieht man in der 
Simulation die Spannungsverhältnisse eindeutiger, denn beim PNP mit 
VCC-Bezug wären alle Werte von VCC subtrahiert.

Und, ist dir sonst noch was aufgefallen?

Na gut, dann werde ich es lösen. Es ist tatsächlich so, daß Transistor 2 
die Sättigung nie erreichen kann. In dieser Sache steht es somit 1:0 für 
dich. Verblüffend war es für mich dennnoch, zu sehen, daß man immerhin 
auf UCE=0,8V herunter kommt, auch weil der erste Transistor schon sehr 
früh in die Sättigung geht. Der einzige Vorteil dieser Schaltung ist 
somit die geringe UBE an Transistor 1.

So, und weil ich mich endlich mal mit meinem Bildbearbeitungsprogramm 
beschäftigte, lade ich nochmals eine einfache DC-Simulation mit beiden 
Komplementärschaltungen und guter Auflösung hoch.

Schönes WE!

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