User manual

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Das Invertieren von logischen Zuständen erfolgt in der Industrie und Technik in vielen Schaltkreisen. Jetzt veranschaulichen wir das durch
zwei wechselseitig betriebene LEDs. Im Normalzustand bei geöffnetem Schalter, leuchtet die rote LED und die gelbe nicht.
Der Transistor sperrt dann und der Strom ießt über den 1kΩ-Widerstand und die rote LED zur Masse. Durch ein Schließen des Tasters
kann der dazu parallele Stromzweig unter Spannung gesetzt werden, woraufhin die gelbe LED leuchtet und die rote erlischt.
Bei geschlossenem Taster wird der Transistor zwischen Kollektor und Emitter leitend, so dass die Schwellspannung an der roten LED nicht
mehr erreicht wird und diese erlischt. Die invertierende Wirkung von Parallelstromkreisen haben wir schon bei der NICHT-Verknüpfung in
Versuch 5.3 kennengelernt.
9.8 LED einmal invertiert
BC817
B
E C
npn
45V
0,8A
+
-
9V
0,5A
polyfuse
1kΩ
100kΩ
1kΩ
LED
yellow
1kΩ
LED
red
Da der Spannungsabfall über Dioden (mit 0,7 Volt für Siliziumdioden) konstant ist, werden diese durch den Strom gesteuert.
Stabilisiert man den Stromuss, ändert sich die Helligkeit der LED nicht mehr. Erreicht wird das mit einer Zenerdiode (Z-Diode) und einem
Transistor. Die Z-Diode stabilisiert den Spannungsabfall zwischen Basis- und Emitterkontakt, so dass der Emitterstrom wie folgt berechnet
wird:
Da der Verstärkungsfaktor des Transistors und der Basisstrom konstant sind, ist es der Kollektorstrom ebenfalls, die rote LED leuchtet
stets mit derselben Intensität. Wenn die an der Basis anliegende Spannung mindestens 3,9V erreicht hat, ist der Basisstrom unabhängig
von der Versorgungsspannung.
Es ist darauf zu achten, dass die Zenerdiode in Sperrrichtung betrieben wird! Sie ist nach dem Zener-Effekt benannt, den der amerika-
nische Physiker Clarence Zener erstmalig beschrieben hat. Er fand heraus, dass Elektronen die Halbleiterschichten in Sperrrichtung
durchtunneln können, wenn deren Anreicherung mit positiven bzw. negativen Ladungsträgern sehr hoch ist. Zenerdioden haben eine
spezische Z-Spannung, je nach Herstellung. Unsere Z-Diode hat eine Z-Spannung von 3,9 Volt. Der nächste Versuch 9.10 befasst sich mit
deren Konstanz.
9.9 LED mit Konstantstrom bei 9V Versorgungsspannung
BC817
B
E
C
npn
45V
0,8A
+
-
9V
0,5A
polyfuse
1kΩ
100kΩ
1kΩ
LED
red
U
- U
( z )
( T )
1000Ω
I =
3,9V - 0,7V
1000Ω
= = 3,2mA.
KA
Zener Diode
Z 3,9V 1W