Der Widerstand (Fortsetzung)

2 Widerstände in Reihe bilden einen sogenannten Spannungsteiler. Werden die beiden Widerstände zwischen die positive und negative Stromquelle angeschlossen, kann durch das Verhältnis der beiden Widerstandsgrößen die abfallende Spannung berechnet werden. Beispielsweise ein Widerstand mit 200Ohm und ein zweiter mit 800Ohm an einer Spannung von 10V: Das Verhältnis der beiden Widerstände ist 1:4 (800/200 = 1/4). Das bedeutet, dass am 800Ohm Widerstand 4/5 der Spannung abfallen und am 200Ohm Widerstand 1/5 (bei 1:4 haben wir ja 5 Teile). In Zahlen ausgedrückt wären das am 800Ohm Widerstand 8V und am 200Ohm Widerstand 2V.

Doch was nutzt uns dies? Später werden wir den Transistor näher kennen lernen. Bei diesem Bauteil ist es oft erforderlich, die Basisspannung und den Basisstrom genau einzustellen. Genau dies geschieht am besten mit einem solchen Spannungsteiler, da hier die Spannung nicht wie bei einem als Vorwiderstand geschalteten Widerstand von der Last abhängt, sondern einen festen Bezug zur Versorgungsspannung hat. Die Reihenfolge der Widerstände spielt beim Spannungsteiler im Gegensatz zur normalen Reihenschaltung zur Vergrößerung des Gesamtwiderstandes eine wichtige Rolle.

Wird der 800Ohm R (engl. Resistor) direkt an die 10V Versorgung und der 200Ohm R an die negative Versorgung (GND) angeschlossen, so wird zwischen den beiden Widerständen eine Spannung von 2V gegen Masse abgenommen. Der große Widerstand lässt ja bereits eine große Spannung abfallen. Tauscht man die Widerstände, so fällt zuerst eine Spannung von 2V ab und zwischen den Widerständen wird eine Spannung von 8V abgenommen (ich beziehe mich noch auf das Beispiel mit 10V Versorgungsspannung).

Vielleicht wird es der eine oder andere schon bemerkt haben, dass sich auf Widerständen Farbringe befinden. Diese Farbringe sind eine international genormte Kodierung, die es ermöglicht, die Widerstandsgröße direkt abzulesen. Jede der Farben entspricht einer bestimmten Zahl:

• Schwarz = 0
• Braun = 1
• Rot = 2
• Orange = 3
• Gelb = 4
• Grün = 5
• Blau = 6
• Violett = 7
• Grau = 8
• Weiß = 9

Gelesen wird von links nach rechts, wobei man die rechte Seite an einem silbernen, goldenen oder, sehr selten, einem mit Abstand zu den anderen gesetzten roten Ring erkennt.

Die beiden ersten Farben sind direkte Zahlenwerte, der dritte Ring gibt die Anzahl der Nullen an. Für einen Widerstand mit den Ringen gelb-violett-braun-gold ergibt sich folgender Widerstand:

• gelb = 4
• violett = 7
• braun = "1 x 0", also eine null.
• gold = 5% Toleranz.

Scheinbar werden anstatt eines braunen Ringes für eine 0 auch oft 2 Schwarze verwendet. Sobald 4 Farbringe mit gleichem Abstand vorzufinden sind sollte man sich danach richten, dass eben 2 schwarze Ringe an den letzten Stellen eine 0 bedeuten.

Die Farben der Toleranzwerte sind:

• braun = 1%
• rot = 2%
• gold = 5%
• silber = 10%
• kein Ring = 20%

Der Transistor

Vereinfacht gesagt ist ein Transistor eine Art elektronischer Schalter. Mit ihm lässt sich ein sogenannter Arbeitskreis regeln. Allerdings besteht die Regelung nicht nur aus Ein- und Ausschalten, sondern es kann eine gezielte langsame Umschaltung erfolgen. Um zu verstehen, warum das so ist, schauen wir uns einmal die Funktionsweise des Transistors an:

Schematischer aufbau eines pnp-Transistors

Das obere Schaubild zeigt einen pnp-Transistor im schematischen Aufbau. Auch dieses Bauelement besteht aus dotierten Siliziumkristallen und erhält dadurch seine speziellen Halbleitereigenschaften.

Jeder bipolare Transistor besteht aus 3 Halbleiterschichten, die zusammen wie aneinander gesetzte Halbleiterdioden zu verstehen sind. Die Basis ist dabei die Steuerelektrode, die den Stromfluss durch die beiden gedachten Dioden regelt. Wenn man sich die Funktion der Diode noch einmal vor Augen hält, kann man das Prinzip des Transistors schnell verstehen. Wird an den Kollektor eine positive und den Emitter eine negative Spannung U_CE angelegt, ist kein Stromfluss möglich. Die Sperrschicht am n-dotierten Bereich lässt dies nicht zu. Wird jetzt jedoch eine geringe positive Spannung U_BE direkt an der n-dotierten, sperrenden Schicht angelegt, wird die Sperrschicht "von innen heraus" zerstört und es ist ein Stromfluss vom Kollektor zum Emitter möglich.

Man könnte anhand des Dioden-Modells auch sagen, dass die untere Diode in Durchlassrichtung geschalten ist. Dadurch ist ein Stromfluss vom Emitter zur Basis möglich. Da jedoch die mittlere Schicht sehr dünn ist, werden nur sehr wenige Elektronen dort "umgelenkt". Die meisten Elektronen wandern Richtung Kollektor in die obere Grenzschicht. Diese wird dadurch leitend und es fließt ein Kollektorstrom I_C. Bei fast allen Transistoren wandern 99% der Elektronen vom Emitter zum Kollektor. Nur 1% wird an der Basis "abgesaugt". Somit stehen der Steuerstrom und der Arbeitsstrom in direktem Verhältnis zueinander.