Statischer Stromsensor

TEILE UND MATERIALIEN

• Ein N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistor, Modelle 2N3819 oder J309 empfohlen (Radio Shack-Katalog Nr. 276-2035 ist das Modell 2N3819)
• Eine 6-Volt-Batterie
• Ein 100-kΩ-Widerstand
• Eine Leuchtdiode (Radio Shack Katalog Nr. 276-026 oder gleichwertig)
• Kunststoffkamm

Das spezielle Sperrschicht-Feldeffekttransistor- oder JFET-Modell, das in diesem Experiment verwendet wird, ist nicht kritisch. P-Kanal-JFETs können auch verwendet werden, sind aber nicht so beliebt wie N-Kanal-Transistoren.

Beachten Sie, dass nicht alle Transistoren die gleichen Anschlussbezeichnungen oder Pinbelegungen haben , auch wenn sie die gleiche physische Erscheinung haben. Dies bestimmt, wie Sie die Transistoren miteinander und mit anderen Komponenten verbinden. Überprüfen Sie daher unbedingt die Spezifikationen des Herstellers (Komponentendatenblatt), die Sie leicht auf der Website des Herstellers erhalten.

Beachten Sie, dass das Gehäuse des Transistors und sogar das Datenblatt des Herstellers möglicherweise falsche Klemmenkennzeichnungsdiagramme anzeigen! Es wird dringend empfohlen, die Pinidentitäten mit der "Diodenprüfung"-Funktion Ihres Multimeters zu überprüfen.

Einzelheiten zum Identifizieren von Sperrschicht-Feldeffekttransistoranschlüssen mit einem Multimeter finden Sie in Kapitel 5 des Halbleiterbands (Band III) dieser Buchreihe.

QUERVERWEISE Lektionen in Stromkreisen , Band 3, Kapitel 5:„Junction-Feldeffekttransistoren“

LERNZIELE

• So wird der JFET als Ein-/Ausschalter verwendet
• Der Unterschied der JFET-Stromverstärkung von einem Bipolartransistor

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Dieses Experiment ist dem vorherigen Experiment sehr ähnlich, bei dem ein Bipolartransistor (BJT) als Schaltelement verwendet wird, um den Strom durch eine LED zu steuern. In diesem Experiment wird ein Übergangs-Feldeffekttransistor wird stattdessen verwendet, was zu einer dramatisch verbesserten Empfindlichkeit führt.

Bauen Sie diese Schaltung auf und berühren Sie das lose Drahtende (das im Schaltplan und in der Abbildung rot dargestellte Kabel, das mit dem 100-kΩ-Widerstand verbunden ist) mit der Hand. Das einfache Berühren dieses Kabels hat wahrscheinlich einen Einfluss auf den Status der LED.

Diese Schaltung macht einen feinen Sensor für statische Elektrizität! Versuchen Sie, mit den Füßen auf einem Teppich zu reiben und dann das Drahtende zu berühren, wenn noch keine Wirkung auf das Licht zu sehen ist.

Für einen kontrollierteren Test berühren Sie das Kabel mit einer Hand und berühren Sie abwechselnd den positiven (+) und negativen (-) Pol der Batterie mit einem Finger der anderen Hand. Ihr Körper fungiert als Leiter (wenn auch ein schlechter), der den Gate-Anschluss des JFET mit einem der Anschlüsse der Batterie verbindet, wenn Sie ihn berühren.

Notieren Sie sich, welcher Anschluss die LED einschaltet und welcher die LED ausschaltet. Versuchen Sie, dieses Verhalten mit dem in Verbindung zu bringen, was Sie in Kapitel 5 des Halbleiterbandes über JFETs gelesen haben.

Die Tatsache, dass ein JFET so einfach ein- und ausgeschaltet wird (und so wenig Steuerstrom erfordert), was durch die vollständige Ein- und Aus-Steuerung einfach durch die Leitung eines Steuerstroms durch Ihren Körper belegt wird, zeigt, wie groß eine Stromverstärkung er ist . Beim BJT-„Schalter“-Experiment war eine viel „festere“ Verbindung zwischen dem Gate-Anschluss des Transistors und einer Spannungsquelle erforderlich, um ihn einzuschalten.

Nicht so beim JFET. Tatsächlich kann das bloße Vorhandensein von statischer Elektrizität es aus der Ferne ein- und ausschalten. Um weiter mit den Auswirkungen statischer Elektrizität auf diesen Stromkreis zu experimentieren, bürsten Sie Ihr Haar mit dem Kunststoffkamm und bewegen Sie den Kamm dann in der Nähe des Transistors, um den Effekt auf die LED zu beobachten.

Das Kämmen Ihres Haares mit einem Kunststoffgegenstand erzeugt eine hohe statische Spannung zwischen dem Kamm und Ihrem Körper. Das starke elektrische Feld, das zwischen diesen beiden Objekten erzeugt wird, sollte von dieser Schaltung aus großer Entfernung erkennbar sein!

Falls Sie sich fragen, warum es keinen 560 Ω "abfallenden" Widerstand gibt, um den Strom durch die LED zu begrenzen, neigen viele Kleinsignal-JFETs dazu, ihren geregelten Strom auf ein für LEDs akzeptables Niveau zu begrenzen. Das Modell 2N3819 beispielsweise hat einen typischen gesättigten Drainstrom (I_DSS ) von 10 mA und maximal 20 mA.

Da die meisten LEDs für einen Durchlassstrom von 20 mA ausgelegt sind, ist kein Vorwiderstand zur Begrenzung des Stroms erforderlich:Der JFET macht dies intrinsisch.