Elektrizität & Magnetismus

Arbeitspunktstabilisierung einer Transistor-Verstärkerstufe

Prinzip Es soll gezeigt werden, wie sich eine ungünstige Lage des Arbeitspunktes einer Transistor-Verstärkerstufe auf die Verstärkerwirkung auswirkt und wie der Arbeitspunkt gegenüber Veränderungen der Betriebsspannung stabilisiert werden kann. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reelle Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Der Brückengleichrichter

Prinzip Nachdem die Schüler die Gleichrichterwirkung einer Diode kennen gelernt haben, soll ihnen durch diesen Versuch die Arbeitsweise der in der Praxis vorrangig verwendeten Brückenschaltung verständlich gemacht werden. Sie sollen die Erkenntnis gewinnen, dass durch die Verwendung von 4 Dioden in einer Brückenschaltung erreicht werden kann, dass der Strom während jeder Halbperiode des Wechselstromes in der gleichen Richtung durch den Arbeitswiderstand fließt. Da für Schülerexperimente i.Allg. kein Oszilloskop und kein Wechselspannungsgenerator mit extrem kleiner Frequenz zur Verfügung stehen, um die Stromrichtung deutlich zu machen, wird das Verhalten der Brückenschaltung im Wechselstromkreis durch Umpolung einer Gleichstromquelle simuliert. Es wird empfohlen, die Schüler zu einer Voraussage über das Verhalten der Schaltung nach der Umpolung der Stromquelle anzuregen. Neben der richtigen Antwort sind folgende Aussagen denkbar: • Nach der Umpolung der Spannung fließt kein Strom, weil die Dioden den Strom nur in einer Richtung hindurchlassen. • Nach der Umpolung der Spannung fließt auch der Strom in entgegengesetzter Richtung. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reele Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Der Brückengleichrichter

Prinzip Unter Verwendung eines Brückengleichrichters in der Ausführung als Leuchtdiodenmodell soll demonstriert werden, dass der Strom im äußeren Stromkreis des Brückengleichrichters unabhängig von der Polarität der anliegenden Spannung in gleich bleibender Richtung fließt. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reelle Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Der Brückengleichrichter

Der npn- und der pnp-Transistor

Der npn-Transistor

Prinzip Es soll demonstriert werden, dass bei einem npn-Transistor nur dann vom Emitter zum Kollektor ein Strom fließen kann, wenn die Basis mit dem Pluspol einer Gleichstromquelle verbunden ist und dadurch die Sperrwirkung der Basis-Emitter-Grenzschicht beseitigt wird. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reelle Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Der npn-Transistor

Prinzip Dieser Versuch soll zu der Erkenntnis führen, dass durch einen Transistor nur dann ein Kollektorstrom fließt, wenn die richtige Polung der Kollektorspannung gewählt wird und auch eine Basisspannung mit richtiger Polung anliegt. Bei einem npn-Transistor müssen Kollektor und Basis mit dem Pluspol verbunden werden. Hierbei ist der Emitter in beiden Fällen die Bezugselektrode.  Den Schülern muss vor der Durchführung des Versuches die Bezeichnung der Transistorelektroden sowie die Bedeutung des Begriffs npn-Transistor bekannt sein. Der Vergleich der Basisstromstärke, die sich aus der Größe des Basiswiderstandes und der angelegten Spannung abschätzen lässt, mit der Kollektorstromstärke, die die Glühlampe zum Leuchten bringt, erlaubt außerdem die Schlussfolgerung, dass ein geringer Basisstrom genügt, um den Transistor leitend zu machen. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reele Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Der pnp-Transistor

Prinzip Es soll untersucht werden, mit welchen Spannungen ein pnp-Transistor betrieben wird und in welcher Weise die Kollektorstromstärke von der Basisstromstärke und der Kollektorspannung abhängt. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reelle Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Der Transistor als Gleichstromverstärker

Prinzip Bei einem Transistor bewirkt eine kleine Änderung des Basistromes eine große Kollektorstromänderung. In diesem Versuch wird die Abhängigkeit zwischen Kollektor- und Basisstrom untersucht und die Steuerkennlinie grafisch dargestellt. Aus dem Anstieg der Steuerkennlinie lässt sich der Stromverstärkungsfaktor des Transistors bestimmen. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reele Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Der Transistor als Gleichstromverstärker

Prinzip Das Verhältnis aus der Änderung der Kollektorstromstärke und der Änderung der Basisstromstärke - die Stromverstärkung eines Transistors - soll ermittelt werden. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reelle Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Der Transistor als Schalter

Prinzip Im Demonstrationsversuch wird gezeigt, dass ein Transistor als kontaktloser elektronischer Schalter eingesetzt werden kann. Die Schüler bauen mit entsprechenden Bausteinen den gleichen Versuch auf. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reelle Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Der Transistor als Schalter

Prinzip Die Entwicklung der Computertechnik und die zunehmende Digitalisierung bei der Übertragung und Verarbeitung von Informationen sind verbunden mit einer Steigerung des Einsatzes von Transistoren in Schaltfunktionen. Dieser Versuch soll den Schülern das Grundprinzip der Arbeitsweise eines Transistors als elektronischer Schalter verdeutlichen. Es wird empfohlen, die Unterschiede zwischen mechanischen und elektronischen Schaltern sowie die Vorteile des elektronischen Schalters herauszuarbeiten. Dazu gehören die geringe erforderliche Steuerleistung, das Fehlen von Kontakten, die einem Verschleiß unterliegen, sehr kurze Schaltzeiten im Bereich von Nanosekunden sowie geringe Abmessungen und damit Einbeziehungsmöglichkeiten in integrierte elektronische Schaltkreise. Vorteile • Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau • Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine • Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte • Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reele Bauteile auf der Unterseite sichtbar