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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Transistor als schneller Schalter


Autor: RB (Gast)
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Hallo,

ich habe einen Transistor(SF225 ich glaube das sind noch DDR 
altlasten)als Schalter in Emitterschaltung beschaltet.Dieser Transistor 
kann laut Datenblatt bis zu 500MHz schalten kann... ab einer impuls 
länge von ca 500ns schafft er es aber nicht mehr ordentlich zu schalten. 
Beim "ausschalten" kommt ein starkes Nachschwingen. Einschalten sieht 
gut aus. Kann mir jemand eine Schaltung nennen, mit der man ihn 
schneller schalten lassen kann?

Autor: Anja (Gast)
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RB schrieb:
> Kann mir jemand eine Schaltung nennen, mit der man ihn
> schneller schalten lassen kann?

Basis-Schaltung? (Eingang ist der Emitter, Ausgang Kollektor).

Ein Transistor ist umso schneller je höher der Strom. Allerdings nur 
solange wie er nicht in Sättigung gerät.
Folgende Tricks (außer Basis-Schaltung) sind möglich:
- Differenzverstärker (2 Emitter auf dieselbe Stromquelle).
- Schottky-Diode zwischen Basis und Kollektor (verhindert Sättigung).

Gruß Anja

Autor: StaaschauaSepp (Gast)
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Könnte mir wer erklären, was Sättigung ist?

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Die Stromverstaerkung nimmt ab. Die Kollektor Emitter Spannung ist 
minimal. Nochwas ?

Autor: RB (Gast)
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Die Schottky Diode reicht nicht aus....Basisschaltung auch nicht.
Gibt es nicht noch eine komplett andere Beschaltung?

Autor: Martin (Gast)
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... Die Schottky Diode reicht nicht aus....Basisschaltung auch nicht ...

Woher weißt du, dass das nicht ausreicht?

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Zeig mal den Schaltplan und die Signale...

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Dieser Transistor kann laut Datenblatt bis zu 500MHz schalten kann... ab
>einer impulslänge von ca 500ns schafft er es aber nicht mehr ordentlich
>zu schalten.
>Beim "ausschalten" kommt ein starkes Nachschwingen. Einschalten sieht
>gut aus. Kann mir jemand eine Schaltung nennen, mit der man ihn
>chneller schalten lassen kann?

Sag doch erst mal, was du konkret schalten willst, wie deine Last 
aussieht, etc. Es ist ein riesen Unterschied, ob du eine ohmsche, eine 
induktive oder eine kapazitive Last schalten willst.

Also, so ganz ohne Schaltplan wird das nichts...

Kai Klaas

Autor: RB (Gast)
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Also Basisschaltung und Schottky reichen nicht aus, weil ich es probiert 
habe...

Ich möchte ein Signal, welches ca. 150 ns lang ist, und maximal 6,8V hat 
auf TTL Pegel bringen. Das Signal kommt von einem Monoflop (74hc4538), 
und soll auf den External Clock Drive vom Atmega 32.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Zeig mal den Schaltplan und die gemessenen Signale...

Autor: RB (Gast)
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Kann die gemessenen Signale jetzt nicht Zeigen....hab jetzt gerade kein 
Oszi da....
Aber bei der Emitterschaltung mit Schottky hat er beim Einschalten eine 
Kurve ähnlich einer E-Funktion bis zu VCC(beim schnellsten ca. 500ns) 
und dann Konstant VCC. Ausgeschalten hat er sehr schnell, dannach jedoch 
stark um die 0V geschwungen, beim 1. Überschwinger ca. 1V.

Bei der Basisschaltung war das selbe, nur Ein und Ausschalten nur vom 
Verlauf her vertauscht.

Autor: Edi R. (edi_r)
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Ich nehme an, dass es nicht der Transistor ist, der überschwingt, 
sondern die Last. Aber ohne Schaltplan wird das nichts.

Autor: Detlev T. (detlevt)
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Kai Klaas schrieb:
> Also, so ganz ohne Schaltplan wird das nichts...

Genau so ist es. Dass immer noch welche denken, wir würden den lieben 
langen Tag vor unseren Kristallkugeln sitzen....

Die Dimensionierung einer Schaltung ist ja nicht ganz unwichtig. ;)

Autor: Magnus M. (magnetus) Benutzerseite
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Detlev T. schrieb:
> Genau so ist es. Dass immer noch welche denken, wir würden den lieben
> langen Tag vor unseren Kristallkugeln sitzen....

Wird zeit mikrocontroller.net in kristallkugel.net umzubenennen.

Gruß,
Magnetus

Autor: glaskugel (Gast)
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Magnus Müller schrieb:
> Wird zeit mikrocontroller.net in glaskugel.net umzubenennen.

Die Domain gibts leider schon. Villeicht lässt sich ja eine 
Partnerschaft einrichten^^

Autor: Ulrich (Gast)
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Die 74HCxxx kann man direkt mit dem Mega32 verbinden. Zumindest wenn 
beide mit der gleichen Spannung versorgt werden.
Von der kleineren zur einer etwas höheren Spannung geht auch noch.

Bei der Emitterschaltung gibt es 3 Gründe für ein zu langsames 
abschalten:
1) Der Transistor kommt langsam aus der Sättigung. Das ist vor allem 
eine Verzögerung bis sich am Ausgang überhaupt was tut.

2) Der Arbeitswiderstand ist relativ groß, und die Spannung steigt 
einfach nur langsam an, auch wenn der Transistor schon voll sperrt. Der 
Anstieg wird dabei immer langsamer wie bei einem RC Glied. Den Effekt 
kann man auch bei der Basisschaltung haben.

3) Über die Millerkapazität koppelt die steigende Spannung am Kollektor 
auf die Basis zurück. Das Problem tritt vor allem auf, wenn die Basis zu 
hochohmig angesteuert wird. Der Verlauf ist ähnlich wie vor, eher mit 
konstanter anstiegsgeschwindigkeit.

Autor: SS218 (Gast)
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Der SF225 taugt auch nicht als Schalter, der ist für HF gedacht.
Ein SS218 sollte tun.

Autor: Jens G. (jensig)
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>kann laut Datenblatt bis zu 500MHz schalten kann... ab einer impuls

Komplett falsch. Das steht mit Sicherheit nicht im DB,
Im DB steht nur drin, daß seine fT bei 500MHz liegt. Und fT wird mit 
Sinussignalen gemessen, und gilt auch nur für Sinussignale, und zwar im 
linearen Bereich.
Also vergeß den Traum, mit diesem Ding 500MHz schalten zu können 
(schafft sowieso kaum ein bipolarer Transistor, groß unter 1µs oder gar 
100ns Ausschaltgeschwindigkeit zu kommen (irgendwelche Spezialisten 
gibt's aber).

Das Problem mit der Sättigung (was beim Ausschalten die große 
Verzögerung bewirkt) kann man mit der Schottky (Kleinleistungstypen!!!, 
wie die BAT-Typen) zw. B und C beseitigen (Kathode nach C).
Ansonsten niederohmiger Aufbau, notfalls Rc unter 1kOhm, solange es der 
T verträgt.
Basisansteuerung sollte ebenfalls flott (niederohmig) geschehen.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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>Also vergeß den Traum, mit diesem Ding 500MHz schalten zu können (schafft sowieso 
kaum ein bipolarer Transistor, groß unter 1µs oder gar
100ns Ausschaltgeschwindigkeit zu kommen (irgendwelche Spezialisten
gibt's aber).


Eine Frage des Transistors. Man muss sich nur von Kloetzen wie dem 
2N3055 fernhalten zB der BFR 193 geht bis 12V.

Autor: RB (Gast)
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Also zur Last.....zur Zeit gibt es keine Last....der ausgang des 
Schalters hängt am Oszi.


Die das mit dem niedrigen Rc und Rb hab ich auch versucht....das wurde 
nicht schnell genug.

Kann mir jemand eine andere Schaltung ohne Transistor nennen?

Kann ich den 74HC....wirklich an den Atmega hängen? auch wenn ich ihn 
mit 6V VCC betreibe?

Autor: Floh (Gast)
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RB schrieb:
> Kann ich den 74HC....wirklich an den Atmega hängen? auch wenn ich ihn
> mit 6V VCC betreibe?

Bau nen Serienwiderstand von ca 1kOhm ein und teste es.
Die Überspannung wird dann über die integrierte Diode nach Vcc 
abgeleitet.
:-)

Autor: Jens G. (jensig)
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@ RB
>Die das mit dem niedrigen Rc und Rb hab ich auch versucht....das wurde
>nicht schnell genug.

Was ist denn bei Dir schnell genug?

>Kann mir jemand eine andere Schaltung ohne Transistor nennen?

So gut wie alles, was irgendwie verstärkend wirkt, ist mit Transistor 
(bis auf wenige Ausnahmen, die hier sicherlcih keine Rolle spielen)

Autor: M. L. (Firma: Gutes Leben) (frauenversteher)
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Nabend,

Floh schrieb:
> Bau nen Serienwiderstand von ca 1kOhm ein und teste es.
> Die Überspannung wird dann über die integrierte Diode nach Vcc
> abgeleitet.
> :-)

das ist keine gute Idee! Die integrierten Dioden sind zum Schutz und 
nicht zur Signalbegrenzung. Bei leitenden Dioden garantiert kein 
Hersteller die einwandfreie Funktion.

Besser ist ein Spannungsteiler:

          o------------o-------o
      6V               |       |
                       |       |
                      .-.      |
                  1k  | |     --- 47p
                      | |     ---
                      '-'      |
                       |       |
                       o-------o--------o  TTL 5V
                       |
                      .-.
                      | |
                  4k7 | |
                      '-'
                       |
                       |
           o-----------o----------------o
                       |
                      ===
                      GND

GN8

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Wenn man ein bißchen mit dem Basiswiderstand und der üblichen 
Neutralisierungs-Kapazität parallel dazu spielt, kann man auch mit einem 
gewöhnlichem Transistor beachtliche Resultate erzielen. Wichtig ist, daß 
der Basiswiderstand nicht zu klein und der Kollektorwiderstand nicht zu 
groß gewählt wird.

Im Anhang habe ich das mal mit einem 2N4264 simuliert. Es geht auch ein 
BC547B, aber dann mit anderem Basiswiderstand.

Kai Klaas

Autor: Detlev T. (detlevt)
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Hohe Frequenzen brauchen hohe Ströme, da sind wir uns wohl einig. Man 
muss die Ladungsträger ja schnell in die Sperrzone und auch wieder 
heraus bekommen. Hier eine Simulation für 100MHz mit einem nicht 
sonderlich exotischen BF199 als Transistor. Man kann nicht sagen, dass 
ein bipolarer das nicht kann.

Autor: Jens G. (jensig)
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@ Detlev T.
Und - haste das mal in der realen Welt getestet? (nicht nur simuliert). 
Vielleicht fehlen dem Modell auch nur die Daten für den Schaltbetrieb 
(weil der T ja nicht dafür explizit gemacht ist).

Autor: Detlev T. (detlevt)
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@Jens G.
Es ging mir nur um ein "proof of concept" und da reicht IMO eine 
SPICE-Simulation. Das notwendige Oszilloskop mit einer Bandbreite mit 
500MHz (oder mehr) hätte ich ohnehin nicht.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Hohe Frequenzen brauchen hohe Ströme, da sind wir uns wohl einig.

Ja, aber die müssen nicht als Dauerstrom in der Basis fließen. Außerdem 
gibst du so hohe Ströme ja auch nicht auf die Basis, das meiste fließt 
ja über den 150R Widerstand am Transistor vorbei.

>Hier eine Simulation für 100MHz mit einem nicht sonderlich exotischen
>BF199 als Transistor. Man kann nicht sagen, dass ein bipolarer das nicht
>kann.

TINA erhält übrigens ein etwas anderes Resultat mit deiner Schaltung 
(siehe Anhang). Außerdem reagiert die Schaltung äußerst empfindlich auf 
Streukapazitäten und Änderungen der Neutralisations-Kapazität.

Im zweiten Bild habe ich gezeigt, wie TINA optimale Ergebnisse erzielt. 
Hier wurden noch 5pF Lastkapazität vorgesehen.

In den nächsten beiden Bildern ist das Verhalten mit einem BC547 
gezeigt, vor und nach der "Optimierung". Verkleinere ich den 
Basis-Vorwiderstand, verschwindet das Ausgangsignal...

>Und - haste das mal in der realen Welt getestet? (nicht nur simuliert).
>Vielleicht fehlen dem Modell auch nur die Daten für den Schaltbetrieb
>(weil der T ja nicht dafür explizit gemacht ist).

Diese Simulationen sind in der Tat mit Vorsicht zu genießen. Und selbst, 
wenn man die Simulationen Ernst nehmen kann, zeigt sich eine erhebliche 
Abhängigkeit von Streukapazitäten, was einen wirklichen zuverlässigen 
Schalterbetrieb bei 100MHz in meinen Augen doch sehr zweifelhaft 
erscheinen läßt.

Einen 150nsec breiten Impuls sollte RB aber problemlos mit einem 
Transistor schalten können. Das kann die Neutralisations-Kapazität über 
dem Basis-Vorwiderstand locker stemmen.

Wenn man die Bauteilwerte meßtechnisch optimieren möchte, sollte man 
darauf schauen, daß am Ausgang auch wirklich die reale Lastkapazität 
sitzt und nicht die eventuell viel zu hohe Kapazität eines Tastkopfs!

Kai Klaas

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ich musst auch mal einen NECL zu TLL Konverter simulieren. Ziel war ein 
Stueck besser wie 10ns zu sein. Gebaut hab's noch nicht, denk aber es 
geht. Die Transistoren duerfen nicht saettigen.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Das Timing dazu. Der Strom durch die widerstaende

Autor: Detlev T. (detlevt)
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Zugegeben, 100MHz sind bei einem Transistor mit 300MHz Transitfrequenz 
vielleicht wirklich etwas zu hoch gegriffen, aber du hast weiter oben in 
Zweifel gezogen, dass mehr als 1MHz noch möglich sei:

Jens G. schrieb:
> Also vergeß den Traum, mit diesem Ding 500MHz schalten zu können
> (schafft sowieso kaum ein bipolarer Transistor, groß unter 1µs oder gar
> 100ns Ausschaltgeschwindigkeit zu kommen (irgendwelche Spezialisten
> gibt's aber).

Und das stimmt nun einmal gar nicht.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ah. Ja. Eine Sache des Transistors. Der in meiner Simulation verwendete 
BFR193 hat eine Transifrequenz von 8GHz. 100 Stueck gibt's fuer 18 euro 
oder so.

Autor: RB (Gast)
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Hallo,
habs jetzt mit FETs gelöst....geht ohne Probleme bis ca. 50ns.

Vielen Dank für die Tipps

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>habs jetzt mit FETs gelöst....geht ohne Probleme bis ca. 50ns.

Welchen nimmst du?

Kai Klaas

Autor: Jens G. (jensig)
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@Detlev T. (detlevt)

>Zugegeben, 100MHz sind bei einem Transistor mit 300MHz Transitfrequenz
>vielleicht wirklich etwas zu hoch gegriffen, aber du hast weiter oben in
>Zweifel gezogen, dass mehr als 1MHz noch möglich sei:

>Jens G. schrieb:
>> Also vergeß den Traum, mit diesem Ding 500MHz schalten zu können
>> (schafft sowieso kaum ein bipolarer Transistor, groß unter 1µs oder gar
>> 100ns Ausschaltgeschwindigkeit zu kommen (irgendwelche Spezialisten
>> gibt's aber).

>Und das stimmt nun einmal gar nicht.

Bezog sich erstmal auf die nicht-optimierte Schaltung (also ohne 
Schottky, Basis-C, usw.) - also ganz normale Transistorschaltstufe.


@ Gnadenloser Labberer (Firma: Oha) (hacky)
>geht. Die Transistoren duerfen nicht saettigen.

Ja - wenn man das beachtet, wird's sehr flott. Erreicht wird dies in 
einfachen Schaltstufen mit der berühmten Schottky zw. C und B (wobei 
deren Erfolg aber auch von Uce-sat abhängt), bzw. sachter 
Basisansteuerung (sanfte Übersteuerung) . Trotzdem kommt man mit 
diskreter Schaltungstechnik nur paar 10MHz weit, weil einfach zu viele 
parasitäre C's herumlungern, bzw. man die Sache nicht beliebig 
niederohmig gestalten kann. 50MHz sind noch ohne weiteres als 
realistisch zu betrachten, wenn man die Sättigung vermeiden kann.

Übrigens kommt bei mir der BF199 mit den von Kai Klass gezeigten 1k+150 
Basiswiderständen gar nicht erst in den Schaltbetrieb, selbst mit 220 
als Rc (ja ja - ich hab's mir mal aufgebaut). Kommt also nicht annähernd 
an Uce-sat heran. Ist also Analogbetrieb pur, und hat nichts mehr mit 
Schalten zu tun. In dem Fall habe ich dann auch wirklich super 
"Schalt"zeiten ;-)

Autor: Jens G. (jensig)
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>>habs jetzt mit FETs gelöst....geht ohne Probleme bis ca. 50ns.

>Welchen nimmst du?

wird wohl mit jedem Kleinleistungsmosfet gehen (z.B. BSxxx)

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Übrigens kommt bei mir der BF199 mit den von Kai Klass gezeigten 1k+150
>Basiswiderständen gar nicht erst in den Schaltbetrieb, selbst mit 220
>als Rc (ja ja - ich hab's mir mal aufgebaut). Kommt also nicht annähernd
>an Uce-sat heran.

Die Simulation bestätigt dies, wenn du die Kapazität über dem 1k 
Widerstand wegläßt. Welche Caps hast du ausprobiert?

Im Datenblatt des 2N4264 kann man übrigens Interessantes zum 
Schalterbetrieb lesen:

http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/on_semic...

Kai Klaas

Autor: Michael_ (Gast)
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>ich habe einen Transistor(SF225 ich glaube das sind noch DDR
>altlasten)als Schalter in Emitterschaltung beschaltet.Dieser Transistor
>kann laut Datenblatt bis zu 500MHz schalten kann... ab einer impuls
Die Frage zeugt doch schon von Unwissen der Elektronik. Wie kann man 
denn daraus ein hochqualifiziertes Projekt erstellen wollen.
Der besagte Transi wurde für Emitterschaltung MW/KW/ZF entwickelt, was 
etwa im Bereich von 10MHz liegt. Der Bruder dazu war der SF235, der für 
Basisschaltung gedacht war. Diese Transis wurden speziell dafür 
entwickelt. Meines Wissens wurden dafür bestimmte Kapazitäten 
integriert. Keinesfalls für Schalterbetrieb vorgesehen.
Lieber TE, immer erst die Idee und erst danach die Bauelementeauswahl.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Michael_ schrieb:
> Der besagte Transi wurde für Emitterschaltung MW/KW/ZF entwickelt, was
> etwa im Bereich von 10MHz liegt. Der Bruder dazu war der SF235, der für
> Basisschaltung gedacht war. Diese Transis wurden speziell dafür
> entwickelt. Meines Wissens wurden dafür bestimmte Kapazitäten
> integriert. Keinesfalls für Schalterbetrieb vorgesehen.
> Lieber TE, immer erst die Idee und erst danach die Bauelementeauswahl.

Ein einfacher DDR-Transistor mit extra integrierten Caps? Halte ich für 
ein Gerücht.


Aber um auf schnelle FETs zurückzukommen:
Der 2N7000 und der J309 sollen sehr schnell sein. Für den 2N7000 so an 
die 1ns machbar.
Infos aus zuverlässigen Munden.

Prinzipiell werden die FETs schneller, wenn sie kleiner sind.

Autor: Jens G. (jensig)
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@Kai Klaas (Gast)

>>Übrigens kommt bei mir der BF199 mit den von Kai Klass gezeigten 1k+150
>>Basiswiderständen gar nicht erst in den Schaltbetrieb, selbst mit 220
>>als Rc (ja ja - ich hab's mir mal aufgebaut). Kommt also nicht annähernd
>>an Uce-sat heran.

>Die Simulation bestätigt dies, wenn du die Kapazität über dem 1k
>Widerstand wegläßt. Welche Caps hast du ausprobiert?

Naja - solche C's im unteren pico-Bereich bringens auch nicht. Zumal die 
auch nur die Umschaltflanken verschönern sollen, und nicht den Pegel auf 
einem bestimmten Wert halten sollen (das macht der Spannungsteiler).
Mein test hatte nöch den Schönheitsfehler, daß ich zum Ansteuern nur 
Signalflanken mit um die 10-15ns hatte - da geht der Effekt von 10pF 
ohnehin schon ziemlich flöten.
Simuliere doch mal mit nur 10MHz (aber denselben Flankensteilheiten), 
dann wird wohl der Collector nur noch kurze L-Spitzen liefern, und der 
Rest der Halbperiode wird gegen H tendieren.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Simuliere doch mal mit nur 10MHz (aber denselben Flankensteilheiten),
>dann wird wohl der Collector nur noch kurze L-Spitzen liefern, und der
>Rest der Halbperiode wird gegen H tendieren.

Dachte ich auch zuerst, aber siehe selbst.

Du hast natürlich Recht, die ganze Geschichte reagiert äußerst 
empfindlich auf Änderungen dieses Basiswiderstands. Ist er zu groß, geht 
die Ausgangsspannung nicht mal in die Nähe von Ucesat. Ist er zu klein, 
bleibt der Transistor dauernd durchgeschaltet. Welcher Widerstand 
optimal ist, hängt wohl von der genauen Stromverstärkung ab, und die 
kann ja von Typ zu Typ stark schwanken. Also nur eine sehr bescheidene 
Reproduzierbakeit der Ergebnisse.

Ein Schalten mittels MOSFET (z.B. BSN20) erscheint da wesentlich 
zuverlässiger. Vorausgesetzt die Gate wird genügend niederohmig 
getrieben, um die Eingangskapazität genügend schnell umzuladen.

Im Vergleich zu einem bipolaren Transistor bietet der MOSFET einen 
weiteren Vorteil: Seine Drain Source Strecke verhält sich nahezu wie ein 
idealer Widerstand und ist sogar geeignet HF-Signale weich zu muten. Ein 
bipolarer Transistor kann das zwar auch, wenn er voll durchgeschaltet 
ist, aber im halb durchgeschalteten Zustand erzeugt er erhebliche 
Verzerrungen.

Kai Klaas

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