NPN Transistor als Schalter

[ipving]

Hallo,
ich frage mich gerade, welche Spannung am Kollektor anliegt bzw. wie groß Vcb ist, wenn der Transistor im Sättigungsmodus arbeitet.
Könnt Ihr mir da weiterhelfen?

 

[LvW]

Sättigungsbetrieb heißt, dass die Spannung Vce kleiner ist als Vbe - also VBC>0.
Damit ist - neben der B-E-Diode - auch die B-C-Diode in Durchlassrichtung gepolt und es fließt neben dem "normalen" Basisstrom auch ein Strom durch den Basisanschluss nach oben zum Kollektor.
Deshalb wird (a) der Strom Ic kleiner und (b) der Strom Ib größer als im klassischen Verstärkerbetreib und man rechnet mit einem deutlich verkleinerten Verhältnis B=Ic/Ib (in der Praxis für Schaltbetrieb etwa B=10...20).

Konkrete Antwort auf die Frage: Der Spannungsabfall am Koll.-Widerstand muss also so groß sein (durch den großen Koll.-Strom), dass nur noch etwa Vce=(0,1..0,3)Volt übrig bleiben für den gewünschten Schalbetrieb.

Zu Deiner Schaltung: Mit den 5V am Eingang und Vbe=0,7V würde ein Basisstrom von nur etwa Ib=(5-0,7)/82k=0,0525mA fließen. Bei einem B-Wert von (schätzungsweise) B=100 würde dann der Koll-Strom Ic ungefähr nur 5mA betragen und am Koll.-Widerstand von 1k eine Spannung von etwa 5V erzeugen. Dann wäre immer noch Vce=12-5=7 Volt - also noch lange KEINE SÄTTIGUNG.

Der Vorwiderstand muss also deutlich verringert werden, um zum Sättigungsbetrieb zu kommen - und/oder Vergrößerung des Koll.-Widerstandes.
(Wo kommen die 14,3 Volt her?)

 

[ipving]

Die 14,3V errechnen sich doch aus Vbb=15V minus Vbe=0.7V.
Nach Kirchhoff passt das doch, oder nicht?
Deinen Erklärungen kann ich folgen. Danke.

 

[LvW]

Ahh - dass die Schaltspannung 15V beträgt, kann man im Bild aber nicht erkennen. So hab ich dann mit 5V gerechnet - wie man ja sehen kann.
Für 15v fließt dann ein Basistrom von 14,3/82=0,175mA.
Das würde theoretisch dann (mit B=100) Ic=17,5mA ergeben mit Abfall an Rc=1k von 17,5V .
Das ist nicht möglich bei 12V Versorgung.
Also: Sättigungsbetrieb !
Aber eine genaue Berechnung von Vce ist nicht möglich - und auch nicht nötig. Aber es ist sichergestellt, dass Vce<0,5V ist, denn dazu gehört ein Koll.-Strom von 11,5V/1k=11,5mA. Das würde einem B-Faktor von B=11,5/0,175=65 entsprechen.
(Ich sage absichtlich "B-Faktor" und nicht - wie es oft heißt - "Stromverstärkung", weil dieser Begriff eigentlich falsch oder doch mindestens sehr missverständlich ist).

 

[ipving]

Hast Du auf das Bild geklickt? Dann kann man alles sehr gut erkennen.
Wie groß ist denn Vbc?
Besten Dank für Deine Bemühungen.

 

[derschwarzepeter]

Ein Wischi-Waschi-Transistor wie ein BC107, BC239 oder so
hat bei moderaten Kollektorströmen eine Sättigungsspannung von um die 50 maximal 100 mV;
um Icmax herum wird das dann aber schon um 1 V sein,
aber da betreibt man einen Transi normalerweise nicht.

Wie groß ist denn Vbc?

Ca. minus 0,6V,
ist aber ein reichlich uninteressanter Wert.

P.S.: Ich rate dir, ein bisschen zu basteln.
Dann bekommst du rasch Erfahrung in solchen Belangen!

 

[ipving]

Danke, ich stehe mit Transistoren noch ein bisschen auf Kriegsfuß, da ist das gar keine so schlechte Idee mit dem Basteln.

 

[LvW]

Wie groß ist denn Vbc?

Ca. minus 0,6V,
ist aber ein reichlich uninteressanter Wert.

Negativ?
Die Definition für Sättigung ist Vbc>0 (Basis-Koll.-Diode geöffnet).

 

[ipving]

Ich habe noch einen Internet-Bekannten gefragt, der meinte, zwischen Basis und Kollektor liegen auch 14.3 V an. Das kann doch nicht stimmen.
Mag zwar ein ein uninteressanter Wert sein, es geht mir aber um das Verständnis. Ich will wissen, wie das Ding funktioniert.
Schönen 3. Advent Euch beiden.

 

[LvW]

Ich habe noch einen Internet-Bekannten gefragt, der meinte, zwischen Basis und Kollektor liegen auch 14.3 V an. Das kann doch nicht stimmen.

Das ist Unsinn.
In der Elektronik musst/sollst Du nie etwas nur "glauben", sondern man kann immer rechnen und beweisen!
(So "glauben" manche fälschlicherweise - weil sie es irgendwo gehört oder gelesen haben, dass der bipolare Transistor stromgesteuert sei. Das wird aber nie erklärt oder gar bewiesen - ist ja auch falsch!. Es gibt -zig eindeutige Nachweise für Spannungssteuerung Ic=f(Vbe) ).

Wenn also in Deinem Beispiel die Basisspannung Vbe=+0,7V ist (wie im Bild), dann fallen am Vorwiderstand - wie gezeigt - 14,3 V ab.
Die Basis liegt also auf 0,7V und der Koll-Strom ist so groß, dass am Koll.-Widerstand genug Spannung abfällt, um den Kollektor (gegen Masse) eine Spannung von weniger als 0,7 V zu geben. (In meiner Beispielrechnung oben deutlich weniger als 0,5V).
Damit wäre Vbc=0,7-0,5=+0,2 Volt. Wahrscheinlich aber ist Vce noch kleiner (evtl. 0,1...0,2V) und damit Vbc noch etwas größer (0,5...0,6V).
Genauer kann man es nicht sagen, ohne den Transistor-Typ zu kennen.

 

[derschwarzepeter]

Vbc Negativ?
Die Definition für Sättigung ist Vbc>0 (Basis-Koll.-Diode geöffnet).

Ja, da habt ihr natürlich recht:
Es war ja nicht Ucb gefragt, wie es immer in den Datenblättern angegeben ist,
(allerdings in ein em anderen Zusammenhang).
Ube ist mit 0,7 V angegeben,
Uce hab ich mit 0,05...0,1 V genannt
und so ergeben sich die ca. 0,6 V.