27.9.2024 (letzte Überarbeitung am 28.9.2024)
Vor einigen Jahren baute ich einen Transistor Curve Tracer zur Darstellung von Ausgangskennlinienscharen bipolarer Transistoren auf einem Oszilloskop mit x- und y-Eingängen. Mit einem selbstgebauten Zusatzgerät lassen sich auch alle möglichen Feldeffekttransistoren (JFETs und MOSFets) untersuchen.
Der Transistorkennlinienschreiber ist unter https://elektronikbasteln.pl7.de/transistorkennlinienschreiber-transistor-curve-tracer-als-bauprojekt beschrieben.
Der Punkt ist, dass mein Transistorkennlinienschreiber die Basis der npn- oder pnp-Transistoren mit einer definierten Stromquelle ansteuert, die einen treppenförmigen Verlauf liefert. Bipolare Transistoren sind vereinfacht dargestellt stromgesteuerte Stromquellen. FETs benötigen an ihrem Gate hingegen eine Spannungsquelle. Mit einer einfachen Schaltung lässt sich die Stromquelle in eine Spannungsquelle umwandeln. Der Spannung wird verstärkt und ihr maximaler Pegel kann eingestellt werden. Das hat sich als notwendig erwiesen.
Was also tun? Ganz einfach. Man schließt an dieser Stromquelle einen Widerstand an – in diesem Fall haben sich 4,7 kOhm als geeignet erwiesen – und schwups hat man das Treppensignal als Spannungsquelle mit einer Spannung von etwa 1 Vss (Vss = Spannung von Spitze zu Spitze). Diese Spannungsquelle ist nicht ideal, da sie einen Innenwiderstand hat. Das ist aber unerheblich, da in den FET so gut wie kein Strom hineinfließt. Die Treppenspannung liegt je nach Wunsch sowohl positiv als als auch negativ vor. Mit dem Kippschalter lässt sich die Auswahl treffen. Außerdem kann man die Spannung für den Kollektor entsprechend für den Drain der FETs verwenden. Auch diese Spannung liegt positiv und negativ vor. Wunderbar, denn es gibt selbstsperrende und selbstleitende n-Kanal- und p-Kanal FETs und MOSFETs und somit können sämtliche 4 Kombinationen bedient werden. Damit lassen sich im Prinzip sämtliche FETs abdecken.
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Merksätze zur obigen Übersicht der FET-Typen:
Bei n-Kanal-Typen muss Drain positiv sein (wie bei npn).
Bei p-Kanal-Typen muss Drain negativ sein (wie bei pnp).
Anreicherungstypen sind selbstsperrend. Polarität der Steuerspannung wie beim Drain.
Verarmungstypen sind selbstleitend. Polarität der Steuerspannung umgekehrt wie beim Drain.
Sperrschicht-FETs sind selbstleitend.
Ein n-Kanal-Sperrschicht-FET ist selbstleitend und verhält sich fast wie eine Triode. Drain = Anode = plus, Gate = Steuergitter = negativ.
Die Spitze des Pfeils zeigt wie bei bipolaren Transistoren immer zu n-dotierten Schicht. Die Rückseite des Pfeils zur p-dotierten Schicht
Ist der Kanal unterbrochen dargestellt, ist der FET selbstsperrend (Anreichungstyp, enhancement)
Nun sind die 1 Vss Treppenspannung leider meistens zu wenig. Mit einem Operationsverstärker, der als nichtinvertierender Verstärker beschaltet ist, können wir die Spannung auf bis zu plus minus 13 Volt anheben. Für die Betriebsspannung des Operationsverstärkers können wir nämlich die plus minus 15 Volt der bereits vorhandenen stabilisierten Speisespannung verwenden. Die Ausgangsspannung lässt sich durch ein Poti von 0 bis 10 Volt einstellen. Am Gate des FET sollte noch ein Kondensator von etwa 22 nF gegen Masse geschaltet sein, um wilde Schwingungen zu unterdrücken. Der Ausgang des OP wird noch zur Sicherheit mit 10 kOhm belastet und die verstärkte Treppenspannung wird über etwa 1 kOhm zum Gate geführt. Dieser 1 kOhm-Widerstand soll im Falle einer Fehlbedienung den Strom begrenzen, um Schäden zu vermeiden.
Von Nachteil ist, dass das Sägezahnsignal für den Drain oder den Kollektor nur maximal 300 mA liefern kann. Dadurch lassen sich Leistungs-MOSFETs nur bedingt darstellen. Dreht man die Treppenspannung zu hoch, bricht die Sägezahnspannung zusammen, wenn die 300 mA überschritten werden. Mit Elektronenröhren klappt es wegen der zu geringen Anodenspannung von 8 Volt, die der Sägezahn liefert, leider auch nur in Ausnahmefällen.
Für Leistungs-MOSFETs sind die maximal 300 mA Drainstrom etwas zu wenig. Aus Neugierde habe ich eine EF98 getestet. Sie ist eine Niederspannungsröhre für alte Autoradios, die mit 12 Volt Anodenspannung auskommt. Damals gab es noch keine tauglichen HF-Transistoren und deshalb kam diese EF98 zum Einsatz. Leider ist der Anodenstrom mit maximal 1,5 mA viel zu gering, um etwas Vernünftiges auf dem Oszilloskop sehen zu können. JFETs gehen jedenfalls wunderbar und Leistungs-MOSFETS bedingt, weil sie zu viel Drainstrom ziehen. Man kann nicht alles haben.
Für Leistungs-MOSFETs sind die maximal 300 mA Drainstrom etwas zu wenig. Aus Neugierde habe ich eine EF98 getestet. Sie ist eine Niederspannungsröhre für alte Autoradios, die mit 12 Volt Anodenspannung auskommt. Leider ist der Anodenstrom mit maximal 1,5 mA viel zu gering, um etwas Vernünftiges auf dem Oszilloskop sehen zu können. JFETs gehen jedenfalls wunderbar und Leistungs-MOSFETS bedingt. Man kann nicht alles haben.
Will man Bipolare Transistoren messen, ist der Diodenstecker des FET-Zusatzes zu enfernen, da sonst die Treppensignalstromquelle mit 5 kOhm belastet wird, was das Messergebnis verfälscht.
Da der Kennlinienschreiber maximal 300 mA Drain-Strom liefert, sieht man nur einen Teil der Kennlinie. Dreht man die Gate-Spannung zu weit hoch, bricht die Drain-Spannung von maximal 8 Volt zusammen. Aber man kann grundsätzlich sehen, ob der MOSFET höchstwahrscheinlich nicht defekt ist.
Ein paar Fotos von der Entwicklung dieser kleinen Zusatzschaltung:
Die Schaltung basiert auf der Grundschaltung des nichtinvertierenden Operationsverstärkers, die unter https://elektronikbasteln.pl7.de/nichtinvertierender-verstaerker-mit-einem-operationsverstaerker beschrieben ist.
