- Ein Transistor kann unter bestimmten Bedingungen als elektronischer Schalter genutzt werden. Voteilhaft ist sein Einsatz besonders dann, wenn häufig und/oder in schneller Folge geschaltet werden muss. Da er kontaktlos arbeitet entsteht kein Verschleiß!
- Er liegt dabei im Haupstromkreis (Kollektor-Emitter-Strecke) in Reihe zur LAST die er schalten soll. (Im Beispiel rechts ist die Last die Relaisespule) Wie in jeder Reihenschaltungen ergibt sich die Spannungsaufteilung gemäß den Widerstandsverhältnissen. Für einen Schalter gibt es dabei nur zwei Zustände:
- Kontakt offen - Widerstand unendlich - volle Betriebsspannung
- Kontakt zu - Kurzschluss - keine Spannung
Und genau so muss der Transistor über den Basisstrom IB angesteuert werden:
- Entweder kein Steuersignal und der Transistor ist gesperrt (Arbeitspunkt AUS - siehe Kennlinienfeld) oder
- voll durchgesteuert (Arbeitspunkt EIN - siehe Kennlinienfeld).
- Zwischenstufen oder langsame Übergänge darf es nicht geben, da der Transistor sonst zu hohe Verlustleistung erzeugt.
Für das Beispiel rechts:
Bei einem Basisstrom vo IB = 0,25mA würde sich bei einem Relaise-Spulenwiderstand von 62,5W (Kennlinie dafür entspricht der Arbeitsgeraden im Kennlinienfeld) ein Kollektorstrom von 150mA bei einer Kollektor-Emitter-Spannung UCE von ~16V einstellen. Damit wäre mit ~2,4W die zulässige Verlustleistung weit überschritten! (Arbeitspunkte rechts der Verlustleistungshyperbel sind verboten!)
- Um sicher zu gehen, dass der Transistor voll durchgesteuert wird, wählt man für den Basisstrom einen Übersteuerungsfaktor von ü = 2 ... 5.
Für das nebenstehende Beispiel dann etwa 4 * 0,75mA = ~3mA!
- Soll der Transistor - wie im Beispiel - eine induktive Last schalten, so muss er mit Hilfe einer Freilaufdiode (V2) vor der Selbstinduktionsspannung der Spule geschützt werden.
Da das zusammenbrechende Magnetfeld der Spule eine Spannung erzeugt, die den Spulenstrom weitertreibt, egal wie hoch die Widerstände im Stromkreis sind, würde die Sperrschicht des Transistors beim Ausschalten durchbrochen und der Transistor damit zerstört werden. Die Freilaufdiode bildet für den Ausschaltstrom hingegen einen Kurzschluss.
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Schaltungsbeispiel
Kennlinienfeld
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