Beim Schalten von induktiven Lasten mit einem Transistor können durch das Abschalten hohe Spannungsspitzen auftreten, welche den Schalttransistor zerstören können. Eine Freilaufdiode verhindert dies. Die Wicklung eines Relais oder ein kleiner Elektromotor stellt zum Beispiel eine solche induktive Last dar.
Prinzipschaltung beim Schalten einer induktiven Last ohne Freilaufdiode.
Die obige Schaltung wird nach den gleichen Grundsätzen dimensioniert wie der “Transistor als Schalter”. Die Reihenschaltung aus RL und L1 steht hier ersatzweise für die Wicklung eines Relais, welche einen Ohmschen Widerstand von 350 Ohm besitzt (mit einem Ohm-Meter feststellbar) und eine Induktivität von 1 Henry hat.
Solange sich in der Schaltung keine Ströme und Spannungen verändern, kann man sich die Induktivität L1 kurzgeschlossen vorstellen. Man kann demnach die Schaltung vereinfachend wie den “Transistor als Schalter” berechnen.
Was passiert nun beim Öffnen und Schließen des Transistors? Wenn der Transistor öffnet, fällt die Kollektorspannung (grün) relativ langsam, weil sich in der Induktivität erst ein Magnetfeld aufbauen muss, welches eine Gegenspannung erzeugt.
Beim Abschalten der induktiven Last enstehen hohe Spannungspitzen (grüne Kurve).
Problematisch für den Transistor wird die Situation, wenn sich der Transistor (schlagartig) schließt. Es entsteht eine hohe Spannungsspitze, welche den Transistor zerstören kann.
Um das zu unterbinden, wird eine Diode parallel zur Relais-Wicklung geschaltet, welche die Spannungs-Spitzen kurzschließt. Auf die richtige Polung ist zu achten:
Schalttransistor mit Freilaufdiode.
Die nachfolgende Abbildung zeigt die Wirkung der Diode. Die für den Transistor gefährlichen Spannungs-Spitzen sind nicht mehr vorhanden.
Spannungsverlauf am Kollektor. Die Spannungspitzen sind mit Hilfe der Freilaufdiode beseitigt.