4 Der BJT als Diode
4.1 Zielsetzung
Der Zweck dieses Versuchs ist es, die Strom- und Spannungseigenschaften eines als Diode geschalteten Bipolartransistors (Bipolar Junction Transistor, kurz BJT, engl.) zu untersuchen.
Die für die Versorgungsspannungen von +5 V, -3,3 V und +3,3 V verwendeten Steckerstifte des STEMlab’s sind in der Dokumentation aufgeführt.
Die STEMlab-Ausgänge können Spannungssignale mit einem maximalen Ausgangsbereich von \(\pm\) 1 V (2 Vpp) erzeugen. Für diesen Versuch sind höhere Signalamplituden erforderlich. Aus diesem Grund wird ein Operationsverstärker (Opamp) als invertierender Verstärker eingesetzt, um die Signale der Ausgänge OUT1 und OUT2 für einen Spannungshub von -3,2 V bis +4,7 V zu verstärken. Der Opamp wird vom STEMlab aus mit +5 V und -3,3 V versorgt. Die Verstärkung des Opamps wird auf \(\approx\) 5 gesetzt, wobei \(R_i\) = 2,2 k \(\Omega\) und \(R_f\) = 10 k \(\Omega\).
4.2 Materialien
- Red Pitaya STEMlab
- OP484
- 1 k \(\Omega\) Widerstand
- 10 k \(\Omega\) Widerstand
- 2,2 k \(\Omega\) Widerstand
- Kleinsignal npn-Transistor (2N3904)
- Kleinsignal pnp-Transistor (2N3906)
- Platine
- Labornetzteil
Ein npn-Transistor, der wie in ?fig-22-01 gezeigt angeschlossen ist, verhält sich wie eine Diode. Dies kann durch die Verwendung der Oszilloskop- und Signalgenerator-App gezeigt werden.
Beachten Sie, dass die in ?fig-22-01 (links) gezeigte Verstärkerschaltung nicht das Hauptthema dieses Versuchs ist. Diese Schaltung wird nur hinzugefügt, um das Signal OUT1 zu verstärken; von hier an können Sie den Punkt -5 \(\times V_{OUT1}\) als Bezugspotenzial betrachten.
4.3 Verfahren
Im Labor in Raum E 507 ist an jedem Messplatz eine Platine, wie in Abbildung 4.2 gezeigt, an ein STEMlab angeschlossen, wobei \(R_1\) = 2,2 k \(\Omega\), \(R_2\) = 10 k \(\Omega\) und \(R_3\) = 1 k \(\Omega\).
Bevor Sie eigene Schaltungen, entweder auf dem Steckbrett oder einer eigenen Platine, an die STEMlab-Pins -3,3V und +3,3V anschließen, überprüfen Sie sorgfältig die Polarität Ihrer Schaltung. Die Spannungsversorgungsstifte -3,3V und +3,3V haben keine Schutzschaltung und können im Falle eines Kurzschlusses beschädigt werden.
Starten Sie die Oszilloskop- und Signalgenerator-App
Stellen Sie im Menü OUT1-Einstellungen den Amplitudenwert auf 0,8 V, den DC-Offset auf -0,12 V und die Frequenz auf 1 kHz ein, um die Eingangsspannung anzulegen. Wählen Sie im Wellenform-Menü TRIANGLE, deaktivieren Sie SHOW und wählen Sie ENABLE.
Stellen Sie sicher, dass IN1, IN2 und MATH V/div auf der linken unteren Seite des Bildschirms auf 1 V/div eingestellt sind. Sie können V/div einstellen, indem Sie den gewünschten Kanal auswählen und die vertikalen +/- Button rechts unten verwenden.
Setzen Sie den t/div Wert auf 200 us/div. Sie können t/div mit den horizontalen +/- Button einstellen.
Stellen Sie unter MATH-Kanaleinstellungen folgendes ein: IN1-IN2 und wählen Sie ENABLE.
Stellen Sie unter den Menüeinstellungen IN1 und IN2 den Messtaster auf x10 und den vertikalen Offset auf 0.
Aus Abbildung 4.3 ist ersichtlich, dass der npn-Transistor in der in ?fig-22-01 gezeigten Konfiguration sich wie eine Diode verhält. Vergleichen Sie die Ergebnisse mit den Diodenmessungen aus dem Diodenversuch.
4.4 IV-Kurvenmessungen
Da sich ein Bipolartransistor wie eine Diode verhalten kann (vgl. Konfiguration in ?fig-22-01, können sie die IV-Charakteristik mit den gleichen Messmethoden wie im Diodenexperiment ermitteln, also mit der Oszilloskop-App im Web-Browser, mit einem SCPI-Skript und mit dem JupyterLab auf dem STEMlab.