Empfindlicher Statischelektrizitäts-Detektor mit JFET-Schalter

Bauteile & Materialien

• Ein N-Kanal Junction Field-Effect Transistor (JFET), z. B. 2N3819 oder J309 (Radio Shack #276-2035)
• Eine 6-V-Batterie
• Ein 100-kΩ-Widerstand
• Eine Leuchtdiode (LED) (Radio Shack #276-026 oder gleichwertig)
• Plastikkamm

Der konkrete JFET-Typ ist flexibel; P-Kanal-Geräte können ebenfalls verwendet werden, N-Kanal-Transistoren sind jedoch üblicher.

Transistor-Pinbelegungen variieren selbst bei optisch identischen Gehäusen. Konsultieren Sie stets das Datenblatt für korrekte Pin-Zuordnungen. Überprüfen Sie die Pin-Identitäten mit der Dioden-Testfunktion eines Multimeters, um Verdrahtungsfehler zu vermeiden.

Für detaillierte Anleitung zur JFET-Pin-Identifikation mit Multimeter siehe Kapitel 5 der Semiconductor Volume III-Reihe.

Querverweise Lessons In Electric Circuits, Band 3, Kapitel 5: „Junction Field-Effect Transistors.“

Lernziele

• Verstehen, wie ein JFET als Ein/Aus-Schalter funktioniert
• JFET-Stromverstärkung mit der eines Bipolartransistors vergleichen

Schaltplan

Aufbauillustration

Anleitung

Der Aufbau dieser Schaltung ist unkompliziert und spiegelt das frühere BJT-Schalter-Experiment wider, ersetzt jedoch den Bipolartransistor durch einen JFET. Das Ergebnis ist ein weitaus empfindlicherer Statischelektrizitäts-Detektor.

Nach dem Aufbau berühren Sie das freie Drahtende (der rote Draht in Schaltplan und Illustration), das mit dem 100-kΩ-Widerstand verbunden ist, mit der Hand. Selbst eine kurze Berührung sollte den LED-Zustand ändern.

Für einen stärkeren Effekt laufen Sie über einen Teppich, um statische Ladung aufzubauen, und berühren dann den Draht. Falls keine Änderung eintritt, scharren Sie leicht mit den Füßen, um die Ladung zu erhöhen.

Ein kontrollierter Test: Berühren Sie den Draht mit einer Hand, während Sie mit einem Finger der anderen Hand abwechselnd den Plus- (+) und Minuspol (–) der Batterie antippen. Ihr Körper dient als Leiter, der das JFET-Gate mit einem der Batteriepole verbindet, während Sie die Kontakte wechseln.

Beachten Sie, welcher Pol die LED einschaltet und welcher ausschaltet. Beziehen Sie dieses Verhalten auf die JFET-Eigenschaften aus Kapitel 5 des Halbleiter-Bands.

Die Leichtigkeit, mit der ein JFET geschaltet werden kann – es genügt eine winzige Steuerspannung, oft durch die statische Ladung Ihres Körpers erreichbar – unterstreicht seine überlegene Stromverstärkungsfähigkeit im Vergleich zum BJT-Schalter.

Da JFETs durch statische Felder aus der Ferne ein- und ausgeschaltet werden können, versuchen Sie, Ihr Haar mit einem Plastikkamm zu bürsten und den Kamm in die Nähe des Transistors zu bewegen. Das resultierende Hochspannungsfeld sollte vom Kreis detektiert werden und die LED sichtbar beeinflussen.

Viele Kleinsignal-JFETs wie der 2N3819 begrenzen den Drain-Strom (I_DSS) selbst auf ca. 10 mA (max 20 mA). Da die meisten LEDs für 20 mA Vorwärtsstrom ausgelegt sind, ist kein zusätzlicher Vorwiderstand nötig; der JFET begrenzt den Strom von Natur aus auf ein sicheres Niveau.