Kollektorschaltung mit negativer Spannung

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Kollektorschaltung mit negativer Spannung
Suche nach: spannung (43966)

    










BID = 1084186

flocky12

Gerade angekommen


Beiträge: 2
 

  


Hallo zusammen,

ich habe eine Kollektorschaltung mittels Fototransistor (gemäß BIld 1) aufgebaut. Ich kann somit Infrarotsignale (Vout) messen.
Was passiert jedoch, wenn ich den Fototransistor (gemäß Bild 2) vertausche? Also den Emitter gegen Vcc anschließe?
Es scheint irgendwie auch zu funktionieren, bekomme aber ein zappeliges Signal.
Was passiert da physikalisch?
Ich begreife es nicht ganz.

Normalerweise müsste es doch bei einem npn-Transistor gleich sein, ob der Strom von Emitter zu Kollektor, oder umgekehrt fließt.

Oder wird durch das drehen des Fototransistors die Schaltung zu einer Emitterschaltung?

Schon mal vielen Dank vorab.




BID = 1084193

Jornbyte

Moderator



Beiträge: 5660

 

  

Du kannst dir die Frage selbst beantworten. Schau dir dazu mal den NPN und PNP Transistor an.

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mfg Jornbyte

Es handelt sich bei dem Tipp nicht um eine Rechtsverbindliche Auskunft und
wer Tippfehler findet, kann sie behalten.








BID = 1084195

BlackLight

Inventar

Beiträge: 4357


Zitat :
flocky12 hat am  2 Jul 2021 12:38 geschrieben :

Normalerweise müsste es doch bei einem npn-Transistor gleich sein, ob der Strom von Emitter zu Kollektor, oder umgekehrt fließt.
Finde gerade kein gutes Bild, aber der Aufbau von Emitter und Kollektor wird garantiert nicht gleich sein. Sonst würde man die nicht unterschiedlich nennen.

Zu den Grundschaltungen:
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0203111.htm

Edit: Hier gibt es Bilder zum Schichtaufbau und Dotierungen: https://support.lumerical.com/hc/en.....istor


Edit2:
Damit hat ein npn-Transistor eher folgenden Aufbau
(E) n++ p+ n (K) wobei die Emitter-Zone recht klein ist.

Für mich schauen die p++/n++ Zonen an der Basis/Kollektor fast wie Schottky-Kontakte (Metall-Halbleiter-Kontakt) aus, aber das darf ein BJT-Experte genauer erklären.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: BlackLight am  2 Jul 2021 16:02 ]

BID = 1084200

Jornbyte

Moderator



Beiträge: 5660


Zitat :
aber der Aufbau von Emitter und Kollektor wird garantiert nicht gleich sein

So ist es, sonst währe es ja ein FET.

_________________
mfg Jornbyte

Es handelt sich bei dem Tipp nicht um eine Rechtsverbindliche Auskunft und
wer Tippfehler findet, kann sie behalten.

BID = 1084205

BlackLight

Inventar

Beiträge: 4357


Zitat : BlackLight hat am  2 Jul 2021 15:39 geschrieben :
Für mich schauen die p++/n++ Zonen an der Basis/Kollektor fast wie Schottky-Kontakte aus...
Ich meine natürlich Ohmsche Kontake. Es gilt ja gerade einen Diodenkontakt zu verhindern.

BID = 1084206

der mit den kurzen Armen

Urgestein



Beiträge: 17197

Kleine Eselsbrücke Der Pfeil am Emitter eines Bipolartransistors zeigt immer zum Minuspol der Versorgungsspannung.
https://de.wikipedia.org/wiki/Transistorgrundschaltungen
Beachte dabei welcher Anschluss da sowohl am Eingangskreis und auch am Ausgangskreis liegt und vor allem die Polarität der Versorgungsspannung !

_________________
Tippfehler sind vom Umtausch ausgeschlossen.
Arbeiten an Verteilern gehören in fachkundige Hände!
Sei Dir immer bewusst, dass von Deiner Arbeit das Leben und die Gesundheit anderer abhängen!

[ Diese Nachricht wurde geändert von: der mit den kurzen Armen am  2 Jul 2021 20:58 ]

BID = 1084214

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Jornbyte hat am  2 Jul 2021 16:18 geschrieben :


Zitat :
aber der Aufbau von Emitter und Kollektor wird garantiert nicht gleich sein

So ist es, sonst währe es ja ein FET.

Nöö, ein FET ist noch anders aufgebaut.
Zu Germaniumzeiten gab es sogar symmetrische pnp-Transistoren.
Allerdings stammte der einzige mir bekannte Typ aus der DDR. Hier sind mir nie welche begegnet.

BID = 1084215

Jornbyte

Moderator



Beiträge: 5660


Zitat :
Nöö, ein FET ist noch anders aufgebaut.

Ja, da fehlt das Word "fast".

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mfg Jornbyte

Es handelt sich bei dem Tipp nicht um eine Rechtsverbindliche Auskunft und
wer Tippfehler findet, kann sie behalten.

BID = 1084218

Onra

Schreibmaschine



Beiträge: 2388

Bei bipolaren Transistoren ist Inversbetrieb möglich, siehe z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/Bipol.....reich
Suchmaschinen finden dazu noch mehr, allerdings ist mir der Begriff im Zusammenhang mit Fototransistoren noch nicht untergekommen.

Onra

BID = 1084223

Ltof

Inventar



Beiträge: 8713
Wohnort: Hommingberg


Zitat :
Onra hat am  3 Jul 2021 00:11 geschrieben :

Bei bipolaren Transistoren ist Inversbetrieb möglich ...

Ja, aber die Fotodiode wird nicht "mitinvertiert". Wenn das gesamte Ersatzschaltbild eingezeichnet ist, erkennt man den Fehler.

_________________
„Schreibe nichts der Böswilligkeit zu, was durch Dummheit hinreichend erklärbar ist.“
(Hanlon’s Razor)

BID = 1084233

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

Um noch mal auf die Frage zurückzukommen:
Zitat :
Es scheint irgendwie auch zu funktionieren, bekomme aber ein zappeliges Signal.
Was passiert da physikalisch?
Ich begreife es nicht ganz.

Normalerweise müsste es doch bei einem npn-Transistor gleich sein, ob der Strom von Emitter zu Kollektor, oder umgekehrt fließt.

Im Prinzip kannst du einen npn- (oder pnp-) Transistor "falschrum" betreiben. Manchmal macht man das sogar absichtlich. Man nennt das Inversbetrieb.
Allerdings darfst du dabei keine gleichen Eigenschaften erwarten, sondern eine deutliche Verschlechterung. Gewöhnlich ist dann
1) die Stromverstärkung deutlich geringer, z.B. 40 anstatt 250,
2) die Belastbarkeit ist geringer und
3) ist die Spannungsfestigkeit geringer, typisch nur noch ca. 6V.

1) und 3) Ist die Folge einer unterschiedlichen Dotierung von Emitter und Kollektor. Für eine hohe Stromverstärkung braucht man einen hohen Emitterwirkungsgrad, d.h. der Strom der Emitterdiode (ist die Summe von Elektronenstrom aus dem Emitter in die Basis und Löcherstrom von der Basis in den Emitter) muss zum weitaus grössten Teil aus Elektronen bestehen.
Man erreicht das durch eine sehr starke n-Dotierung des Emitters. Leider geht damit auch eine geringere Sperrspannung der B-E-Diode einher.
Der Kollektor hingegen ist wesentlich schwächer dotiert, oft schichtweise auch allmählich steigend, um dort hohe Sperrspanungen zu erzielen. Mehr als 1000V sind möglich. Da solch schwach dotiertes Silizium aber auch relativ hochohmig ist, und man oft Wert auf eine geringe Kollektor-Emitter-Restspannung legt, geht man auch Kompromisse ein.

Die Stromverstärkung 1) im Inversbetrieb wird auch dadurch verschlechtert, dass Emitter und Kollektor unterschiedliche Geometrien aufweisen. Die vom Emitter gelieferten Elektronen stammen vorwiegend aus den Randgebieten der Elektrode, und auf ihrem Weg zum Kollektor diffundieren sie noch etwas zur Seite. Aus diesem Grund ist der Emitter ziemlich klein (wenig Kapazität, hohes Verhältnis von Umfang zu Fläche), während der Kollektor eine grossflächige Elektrode ist.

2) Der Kollektor ist auch deshalb großflächig, weil dort die meiste Verlustleistung entsteht und abgeführt werden muss. Die von der Kollektorspannung beschleunigten Elektronen verlieren im schwach dotierten Kollektorbereich ihre kinetische Energie, wodurch es dort zur stärksten Erwärmung kommt. Aus diesem Grund wird bei den meisten Transistoren der Kristall mit der Kollektorseite auf das Gehäuse aufgelötet.
Es dürfte klar sein, dass der vergleichweise winzige Emitteranschluss, als Kollektor verwendet, bei weitem nicht so viel Wärme abführen kann, wie der "offizielle" Kollektor.




Was deinen Phototransistor angeht, so wird dort der Basisstrom für den npn-Transistor von einer Photodiode, die parallel zu C-B-Diode des Transistors liegt, geliefert.
Wenn du dieses Gebilde nun umdrehst, so wird die Photodiode parallel zur E-B-Diode als Photoelement betrieben. Da aber die U_BE des Transistors recht nah an der Leerlaufspannung dieses Photoelements liegt, kommt auch nur ein geringer Basisstrom zustande. Das zusätzlich zu schlechteren Stromverstärkung des Inverstransistors.


Im Übrigen ist fast jede Sperrschicht lichtempfindlich.
Falls du in deiner Bastelkiste Transistoren im Metallgehäuse findest, kannst ja mal einen davon mit Feile oder Laubsäge öffnen und die Lichtempfindlichkeit prüfen.
Auch viele LED sind gute Photodioden. Zwar ist wegen der kleinen Kristallfläche der Photostrom nur gering, aber wegen der anderen Halbleitermaterialien sind die Leerlaufspannungen meist deutlich höher als bei Si-Photodioden.
Schliess mal eine rote LED an dein Voltmeter an, und dann lass die Sonne drauf scheinen!

Die höchsten Spannungen liefern blaue LED und weil es Einstein so will, sind die auch noch für rotes, gelbes, grünes Licht völig blind, und nur blaues und ultraviolettes Licht erzeugt Ladungsträgerpaare.


[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am  3 Jul 2021 12:40 ]

BID = 1084295

flocky12

Gerade angekommen


Beiträge: 2

vielen Dank für euere Antworten und rege Diskussion.
ich dachte mir schon fast, dass diese nicht einfach zu einer pnp-Schaltung wird.
Wenn man sich das ganze nochmal auf physikalischer Ebene vor Augen führt, wird es auch ein bisschen klarer.

Danke @perl für die schöne Erklärung. So verständlich geschrieben findet man kaum was im Netz.

Gut war auch der Hinweis auf den Wikipedia-Artikel von @Orna. Die meide ich häufig, weil ich mit Informationen erschlagen werde und diese Artikel voraussetzen, dass man schon eine Menge versteht. Der Link zum Inversbetrieb war jedoch sehr gut. Vorallem der Satz "Ein Vorteil des Inversbetriebs ist die präzisere und schnellere Schaltung".
Das erklärt mir mein zappeliges Signal beim Umkehren.

@Blacklight: das Elektronikkompendium finde ich auch immer gut zu lesen, aber der andere Link mit den Bildern war sehr hilfreich.

Eine anschließende Frage habe ich jedoch noch:
Wieso ist der Fototransistor im Inversbetrieb so viel schneller?
Was macht ihn im normalbetrieb träger? Sind das kapazitive Effekte, die mein Signal glätten? Aber wie sind die physikalisch zu begründen?

Halbleiter sind schon ein tolles Konstrukt

BID = 1084353

Murray

Inventar



Beiträge: 4009


Zitat :
perl hat am  2 Jul 2021 22:34 geschrieben :

Allerdings stammte der einzige mir bekannte Typ aus der DDR. Hier sind mir nie welche begegnet.



Hast du von dem auch eine Typbezeichnung?

BID = 1084384

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Wieso ist der Fototransistor im Inversbetrieb so viel schneller?
Was macht ihn im normalbetrieb träger? Sind das kapazitive Effekte, die mein Signal glätten?
Ja.
Großflächige Sperrschichten haben eben auch große Kapazitäten, und zusammen mit Schaltungstechnik, bei der sich die Kollektor-Basis-Spannung sehr viel stärker ändert (einige Volt), während sich die E-B-Spannung in umkehrter Richtung allenfalls um Zehntel Volt ändert, verursacht der Ladestrom dieser Kapazität eine Gegenkopplung.
Gibt sogar eine Schaltung, bei der man den diesen Effekt mittels externem Kondensator auf die Spitze treibt: https://de.wikipedia.org/wiki/Millereffekt
https://de.wikipedia.org/wiki/Miller-Integrator



Zitat :
Hast du von dem auch eine Typbezeichnung?
Leider nicht abrufbereit. Es wird hier eine Notiz, vllt auch Applikationsschaltung geben, aber seit meinem Umzug ist vieles nicht mehr auffindbar.
Ist halt uralte Ge-Technik von geringem Interesse und schon normale DDR-Transistoren waren hier kaum erhältlich.
Wozu auch?
Forenmitglieder, die ihre elektronischen Erfahrungen noch im real existierenden Sozialismus gesammelt haben, besitzen vielleicht noch Listen, in denen solche Exoten beschrieben sind.

Wenn ich heute etwas derartiges brauchte, versuchte ich es mit einer Antiparallelschaltung von zwei Ge-pnp-Transistoren.

Mit Si-Transistoren wird es wohl auch funktionieren, aber dort ist eben die B-E-Sperrspannung viel kleiner, nur etwa 5..7V. Darüber begrenzt ein Lawineneffekt (Zenerdiode) die mögliche Spannung.
Bei gebräuchlichen Ge-NF-Transistoren wie AC125, AC127(K), AC128(K) waren immerhin 32V zulässig.



[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am  6 Jul 2021 23:38 ]

BID = 1084385

der mit den kurzen Armen

Urgestein



Beiträge: 17197

Wenn du Germaniumtransistoren zu DDR Zeiten meinst können das nur GC oder sehr seltener GF Transistoren gewesen sein und davor gab es noch die OC Typen . Leistungstransistoren hatten meist GD . Ab Silizium waren das dann SC Transistoren bzw SF verbreitet waren aber in der DDR sehr viele Transistoren aus Tschechien und seltener da Russentransen .
Bei den GC Typen zb GC116 gibt die Nummer ungefähr auch das Alter an und je kleiner umso älter . Stromverstärkungsfaktor wurde mit Buchstaben von A bis F gekennzeichnet .

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