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Stromquelle

Eine Stromquelle liefert einen konstanten Strom, unabhängig von der Spannung und Temperatur. Ein Transistor ist für diese Aufgabe sehr gut geeignet, weil es ein stromgesteuertes Bauelement ist. Der Transistor sollte nicht spannungsgesteuert werden, wie ein FET, weil nur die Stromverstärkung über der Temperatur konstant ist und nicht Basis-Emitter-Spannung.

Das bedeutet das ein konstanter Basisstrom einen konstanten Kollektorstrom, erhöht um den Faktor der Stromverstärkung erzeugt. Und das unabhängig von der Temperatur und Kollektorspannung. Bei hohen Kollektorströmen nimmt die Stromverstärkung ab. Aus diesem Grund wird bei Leistungstransistoren oftmals die minimale Stromverstärkung bei einem bestimmten Kollektorstrom angebeben. z.B. für den BD911 eine Stromverstärkung von 15 bei 5A. Leider haben die Transistoren sehr unterschiedliche Stromverstärkungsfaktoren. Sie werden mit dem letzten Buchstaben in ihrer Bezeichnung meistens in Gruppen unterteilt. A bedeutet einen kleinen und C einen höheren Stromverstärkungsfaktor. Sofern keine Massenproduktion geplant ist kann man aber diesen Faktor als Verhältnis zwischen Kollektorstrom Ik und Basisstrom Ib messen.

Viele Digitalvoltmeter ermöglichen die Messung der Stromverstärkung. Falls dafür kein DVM vorhanden ist kann man mit nur einem Widerstand und mit einem Strommeßgerät den Faktor messen, in dem man einen Widerstand an die Basis legt und dann den Kollektrostrom mißt. Mit guter Näherung kann man sagen das an der Basis-Emitterstrecke eines Siliziumtransistors etwa 0,5V abfallen. Daraus ergibt sich der Basisstrom Ib = (Betriebsspannung Ub minus 0,5V) geteilt durch den Basiswiderstand Rb. z. B. für Ub = 10,5V - 0,5 = 10V und Rb = 1MOhm erhält man einen Basisstrom von 0,01mA bzw. 10µA. Wird nun ein Kollektorstrom von 1mA gemessen dann hat der Transistor 1,0mA geteilt durch 0,01mA = 100. Wird der Basiswiderstand getastet kann ohne Rb der Transistor auf Reststrom überprüft werden. Günstig ist kein Kollektorreststrom.

Trotzdem die Ube minimal etwa 0,5V ist, kann die Spannung zwischen Kollektor und Emitter Uce sogar unter dem höheren Kollektorstrom geringer sein. Es können hier, je nach Transistor und Strom nur 0,1V gemessen werden. Das bedeutet z.B. für ein Netzteil mit einer konstanten Spannung von 13,8V, welches mit einer Stromquelle zu einem Bleiakku-Ladegerät erweitert wird, das der Bleiakku bis zu einer Spannung von 13,7V mit einen konstanten Strom geladen werden kann. 13,7V ist die optimale Dauerendspannung für ein Bleiakku bei einer Temperatur von etwa 23 Grad. Mit einem Universalnetzteil und einer varialben Stromquelle kann also jeder Akku optimal geladen werden. Mit dem Netzteil wird die Lade-End-Spannung eingestellt und mit der Stromquelle der konstante Lade-Strom. Dieser Strom ist unabhängig von der Akkuspannung und Transistortemperatur. Man kann den gleichen Strom auch bei Kurzschluß messen.

Es ist immer die Verlustleistung zu beachten. P = U x I hat hier volle Gültigkeit und kann leicht zu hohen Wärmeabgabe des Transistors führen besonders wenn kein Verbraucher, also Kurzschluß vom Kollektor zur Betriebsspannung vorhanden ist und die Spannungen und Ströme groß sind. Es ist aber mit einer zusäztlichen Stromquelle möglich den Strom und damit die Verlustleistung bei zu hohen Uce zu reduzieren. siehe Bild: begrenzte Stromquelle. Man erhält hier ein umgedrehtes Verhalten eines Widerstandes. Man sagt: ein negativer Widerstand. Also geringe Spannung über den Verbraucher bedeutet viel Strom und große Spannung bedeutet wenig Strom. Man kann die gewünschte Stromkennlinie mit entsprechenden Spannungsteilern oder Zenerdioden seinen Wünschen anpassen. Man kann die Stromquelle mit Transistoren beliebiger Polarität bauen. Also npn oder pnp. Soll der Basisstrom verringert werden, kann ein Darlington-Transistor benutzt weden. Der Darlington-Transistor hat aber den Nachteil der höheren Uce min, von minimal etwa 0,6V.

Tips, Anregungen und Weiterentwicklungen bitte an Uli Else - DL5BTE - uelse@web.de

c. by Uli Else