Open-Collector / Offener Kollektor / Open-Drain

Schaltbild Transistor

Es gibt ja so einige Schaltungen, die man oft und gern nutzt, über die man aber nie groß darüber nachdenkt. So geht es bestimmt auch dem ‚offenen Kollektor‘ oder ‚Open Collector‘, über den das Elektronik Kompendium mal ein paar Zeilen erstellt hat:

Open-Collector / Offener Kollektor / Open-Drain

Der gestandene Elektroniker wird über so einen Bericht vielleicht schmunzeln, der Gelegenheitsbauteilzusammenbauer ( ;-) man verzeihe mir den Ausdruck ) oder besser Hobbyelektroniker kann mit dem Tipp bzw. Artikel vielleicht aber etwas anfangen. Auch im Modellbau- und Modellbahnbereich und bei den Mikrocontrollern kommt die Schaltung immer wieder als Schalter zum Einsatz, kann man u. a. doch mit einer kleinen Leistung eine wesentlich größere steuern. Auf jeden Fall ein Beitrag für die Tipps & Tricks :-)

 

 



 

 

Elektor Elektronik-News – XL741: diskreter Opamp Elektor

Interessanter Artikel für alle, die einem 741 Operationsverstärker schon immer mal beim Arbeiten zuschauen wollten:

Elektor Elektronik-News – XL741: diskreter Opamp Elektor.

Finde ich schon witzig :-) Nebenbei bestimmt keine schlechte Idee, wenn man die Funktion verstehen möchte.

 

 

Gadget des Tages: BlueTube Audio – Bluetooth Röhrenverstärker – computerwoche.de

Das ist mal aktuelle Technik kombiniert mit Retro-Elektronik :-)

Ich weiß nicht, ob’s eher als Spielerei oder als Innovation zu bewerten ist, faszinierend ist es aber allemal.

Gadget des Tages: BlueTube Audio – Bluetooth Röhrenverstärker der alten Schule – computerwoche.de.

Eigentlich schade, das bisher so wenig sinnvolle Projekte mit althergebrachter Technik existieren. Opisch als Musikkasette aufgemachte USB-Sticks und ähnliches zähle ich nun mal nicht dazu :mrgreen:

 

 

Elektronik Tipps: Funktionsprinzip NPN Transistor

Artikelbild Elektronik Tipps - www.michael-floessel.deDer Transistor

Mit den folgenden Zeilen will ich mal versuchen, die grundsätzliche Funktion des NPN Transistors zu beschreiben. Es ist zwar umstritten, zu Illustration halte ich mich dabei aber an das Wassermodell, es ist m. M. nach einer der besten Wege, die Arbeitsweise aufzuzeigen.

 

Das Wassermodell zeigt auf, wie sich ein Wasserkreislauf annähernd verhalten würde, wenn er mit den Funktionen eines elektronischen Bauelementes beeinflusst würde.

Einige Merkmale eines NPN-Transisitors (ohne Rücksicht auf Sonderbauformen!)

  • 3 Anschlussbeine, Basis, Collector, Emitter
  • Unterschiedlichste Bauformen
  • Reihenfolge der Anschlüsse nicht bei allen Typen gleich
  • Basis = Steueranschluss
  • Collector = positiver Anschluss
  • Emitter = negativer Anschluss, Gemeinsamer Bezugspunkt

Schaltbild Transistor

 

C = Collector

B = Basis

E = Emitter

 

 

Collector (oder Kollektor, in der Elektronik ist eben Englisch der Stand der Dinge :-) )

Der Sammler. In der Regel der Anschluss, an dem die zu steuernde Spannung zur Verfügung steht. Diese wird über die Funktion des Transistors beeinflusst.

Basis

Der Steueranschluss. Über eine hier angelegte Spannung, bzw. den resultierenden Strom, wird der Transistor veranlasst, mehr oder weniger Strom vom Collector kommend fließen zu lassen. Beim Silizium NPN Transistor i.d.R. um die 0,7V positiver als der Emitter, um einen Strom vom Collector kommend fließen zu lassen.

Emitter

Der Versender, besser Ausgang. Hier fließen die von der Basis und vom Collector kommenden Ströme zusammen. Bei vielen Messungen ist er auch der Bezugspunkt.

Funktionsprinzip 

Transistor_Beispiel

Einfache Transistorschaltung zur Ansteuerung einer LED.

 

 

 

 

 

Wie man im obigen Schaltbild erkennen kann, soll dieser Transistor eine LED Ein und Ausschalten können. An seinem Collectoranschluss liegt die volle Betriebsspannung, der Emitter liegt an der LED, soll also nach Masse (-) durchschalten. An der Basis liegt keine Spannung an, das Poti wäre auf Masse/0V eingestellt.

Gesperrter NPN Transistor

 

Im Wassermodell würde sich das so darstellen, dass der Wasserdruck zwar anliegt, durch die geschlossene Klappe aber nicht fließen kann.

 

 

 

Öffnender NPN Transistor

Würde man nun das Poti aufdrehen, läge über den Vorwiderstand eine gegenüber dem Emitter positive Spannung an. Bei ca. 0,7V würde der Transistor leiten, abhängig vom Typ.

Im Wassermodell würde auf die Basis ebenfalls Wasserdruck gegeben werden, die Klappe beginnt sich zu öffnen, das Wasser fließt.

Man verzeihe mir die Tatsache, dass die Druckverhältnisse im Bezug auf die Klappengröße nicht stimmen dürften :mrgreen: An dieser Stelle bitte beachten, dass im Gegensatz zum Wassermodell die Basis eines Transistors nur einen sehr viel geringeren Strom benötigt, als durch den Collector fließen kann. Dies ist eine der Grundvorraussetzungen, um mit einem kleinen Strom einen großen fließen lassen zu können ;-)

Trasnsistor offen

Irgendwann ist der Basisstrom so groß, dass der Transistor nicht mehr weiter öffnen kann. Er ist vollständig leitend. Eine weitere Erhöhung des Basisstromes hätte keine weitere Wirkung mehr, der Transistor würde übersteuert. Am Emitter fließen die Ströme von Basis und Collector zusammen. Wird der Strom über die Anschlüsse zu groß, wird das Beuteil zerstört. Die wichtigsten Größen finden sich im Datenblatt des jeweiligen Typs. Es gibt Transistoren für die verschiedensten Anwendungen, manche optimiert für das Schalten von Lasten, andere zur Verstärkung hoher Frequenzen und noch viele weitere.

In dem einfachen Beispiel oben arbeitet der Transistor als Schalter. Auf oder Zu. Wenn man den Steuerbereich der Basis sehr fein auswählt, kann er auch als Verstärker arbeiten. Eine (sehr) geringe Änderung des Basisstromes wird den Collectorstrom sofort in gleichem Sinne umgesetzt. Der Bereiche, in dem der Basistrom sich ändern muss, ist in sehr kleinen Grenzen gehalten. Hier spielt der Verstärkungsfaktor ‚B‘ eine Rolle. Auf diesen gehe ich aber in einem seperaten Artikel ein. Zur Verständnis nehme ich aber mal vorweg, dass bei einem ‚B‘ von 100, eine Änderung des Basistromes um 1 mA eine Änderung des Collectorstromes von 100mA zur Folge hätte usw.

 Das Prinzip mal in einer einfachen Animation:

Animation zum Funktionsprinzip des NPN Transistors - www.michael-floessel.de

 

Kleine Animation zu steigendem/sinkendem Kollektorstrom nach Anlegen der Basisspannung.

 

 

 

Mir ist klar, dass eine so einfache Beschreibung der Vorgänge weitere Fragen aufwirft und Details übergeht. Ich hoffe, in den demnächst folgenden Beispielen diese Punkte so gut wie möglich klären zu können.

Zum PNP-Transistor werde ich natürlich auch noch einen eigenen Beitrag schreiben. Aus Erfahrung weiß ich, dass dieser (warum auch immer… ;-) ) mehr Verständnissprobleme mit sich bringt. Ich habe nur gerade keine Idee, wie ich das umsetzen soll ;-) *kopfkratz*