Transistor Klasse A

Beim bipolaren Transistor fließt ein Basisstrom, und der steuert den viel größeren Kollektorstrom. Ohne Basisstrom kein Kollektorstrom.

Kniff: Bipolar heißt stromgesteuert, Feldeffekt heißt spannungsgesteuert. Das ist der Grundunterschied der beiden Bauteilfamilien — und die nächste Frage prüft die andere Hälfte davon.

Warum die anderen nicht stimmen:

• feldgesteuert. – Das ist der Feldeffekttransistor. Beim bipolaren fließt tatsächlich ein Steuerstrom.
• thermisch gesteuert. – Erfunden. Wärme beeinflusst den Arbeitspunkt, steuert aber nicht.
• spannungsgesteuert. – Auch das ist der Feldeffekttransistor. Beim bipolaren Transistor ändert sich die Basis-Emitter-Spannung nur wenig (rund 0,6 bis 0,7 V) — gesteuert wird über den Basisstrom.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC501

Beim Feldeffekttransistor steuert das elektrische Feld der Gate-Spannung die Leitfähigkeit des Kanals. Über das Gate fließt dabei so gut wie kein Strom.

Kniff: Genau darum hat ein FET einen sehr hohen Eingangswiderstand: Die Steuerung kostet praktisch keine Leistung. Beim bipolaren Transistor ist das anders, dort muss Basisstrom fließen.

Warum die anderen nicht stimmen:

• leistungsgesteuert. – Gibt es als Einteilung nicht. Gerade beim FET ist die Steuerleistung nahezu null.
• stromgesteuert. – Das ist der bipolare Transistor. Beim FET fließt über das Gate fast kein Strom.
• optisch gesteuert. – Das wäre ein Fototransistor. Ein gewöhnlicher FET ist lichtdicht gekapselt.

Beim NPN-Transistor liegen drei Schichten hintereinander: N — P — N. Die mittlere, dünne Schicht ist die Basis.

Kniff: Der Buchstabe in der Mitte des Namens gehört zur Basis. Beim NPN ist die Mitte P, beim PNP ist sie N — mehr braucht man für diese beiden Fragen nicht.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Emitter – Der Emitter ist beim NPN eine der beiden N-Schichten, nämlich die stark dotierte äußere.
• Kollektor – Auch der Kollektor ist beim NPN N-dotiert — die andere äußere Schicht.
• Gehäuse – Das Gehäuse ist kein dotierter Bereich. Bei Leistungstypen ist es oft mit dem Kollektor verbunden, aber dotiert ist es nicht.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC503

Beim PNP-Transistor ist die Schichtfolge P — N — P. Die mittlere N-Schicht ist die Basis.

Kniff: Dieselbe Regel wie in AC503: Der mittlere Buchstabe ist die Basis. Hier ist es das N.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Emitter – Der Emitter ist beim PNP P-dotiert.
• Kollektor – Auch der Kollektor ist beim PNP P-dotiert.
• Gehäuse – Kein dotierter Bereich des Halbleiters.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC504

Damit ein Transistor leitet, muss die Basis-Emitter-Strecke in Durchlassrichtung liegen — beim Silizium-NPN also rund 0,7 V positiv an der Basis. Erst dann fließt Basisstrom, und erst dann Kollektorstrom.

Kniff: Die beiden Übergänge im Transistor liegen unterschiedlich: Basis-Emitter in Durchlassrichtung, Basis-Kollektor in Sperrrichtung. Gefragt ist hier ausdrücklich der Basis-Emitter-Übergang.

Warum die anderen nicht stimmen:

• im Kurzschluss. – Ein Kurzschluss wäre 0 V. Dann flösse kein Basisstrom und der Transistor bliebe gesperrt.
• im Leerlauf. – Ohne Basisstrom sperrt der Transistor. Leerlauf an der Basis ist genau der ausgeschaltete Zustand.
• in Sperrrichtung. – So liegt der Basis-KOLLEKTOR-Übergang im normalen Betrieb. Die Basis-Emitter-Strecke muss leiten.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC505

Kniff: Der durchgehende senkrechte Strich ist das Erkennungszeichen des Feldeffekttransistors — er steht für den Kanal, durch den der Strom fließt. Der Pfeil am dritten Anschluss heißt: Sperrschicht-FET.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Lautsprecher – Ein Lautsprecher wird als Rechteck mit aufgesetztem Trichter gezeichnet und hat zwei Anschlüsse. Hier sind es drei, und es gibt einen Kreis um das Zeichen.
• Bipolartransistor – Die Verwechslung liegt nahe, denn auch er steht im Kreis. Bei ihm laufen Kollektor und Emitter aber SCHRÄG auf den Basisstrich zu, und der Pfeil sitzt am Emitter. Hier treffen beide Anschlüsse im rechten Winkel auf den Kanal, und der Pfeil sitzt am Gate.
• Diode – Eine Diode hat zwei Anschlüsse. Hier sind es drei — und es gibt nichts, was wie ein Dreieck mit Strich aussieht.

Kniff: Zwei Merkmale, zwei Aussagen. Durchgehender Kanalstrich heißt Sperrschicht-FET und selbstLEITEND — ein Kanal ist von sich aus vorhanden. Die Pfeilrichtung sagt den Kanaltyp: zum Kanal hin = N-Kanal, vom Kanal weg = P-Kanal. Selbstsperrende Sperrschicht-FETs gibt es überhaupt nicht.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 1: Selbstleitender P-Kanal-Sperrschicht-FET 2: Selbstleitender N-Kanal-Sperrschicht-FET – Selbstleitend ist richtig gelesen, die Pfeilrichtung aber verkehrt. Bei 1 zeigt der Pfeil zum Kanal hin, und das ist der N-Kanal.
• 1: Selbstsperrender P-Kanal-Sperrschicht-FET 2: Selbstsperrender N-Kanal-Sperrschicht-FET – Doppelt daneben: Selbstsperrende Sperrschicht-FETs gibt es nicht — und die Kanäle sind zusätzlich vertauscht.
• 1: Selbstsperrender N-Kanal-Sperrschicht-FET 2: Selbstsperrender P-Kanal-Sperrschicht-FET – Die Kanäle stimmen, aber „selbstsperrend" passt nicht zum Sperrschicht-FET. Selbstsperrend kann nur ein Isolierschicht-FET (MOSFET) sein, und dessen Kanalstrich ist UNTERBROCHEN gezeichnet.

Kniff: Drei Merkmale, drei Aussagen. Gate berührt den Kanal nicht = Isolierschicht-FET (MOSFET). Kanalstrich UNTERBROCHEN = selbstsperrend, der Kanal muss erst gebildet werden. Substratpfeil zum Kanal hin = N-Kanal.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Selbstleitender N-Kanal-Isolierschicht-FET (MOSFET). – Der Kanaltyp ist richtig, „selbstleitend" nicht: Dann wäre der Kanalstrich DURCHGEHEND gezeichnet. Hier besteht er aus drei getrennten Stücken.
• Selbstleitender P-Kanal-Isolierschicht-FET (MOSFET). – Beide Merkmale falsch gelesen: Der unterbrochene Strich heißt selbstsperrend, und der Pfeil zeigt zum Kanal hin, also N-Kanal.
• Selbstsperrender P-Kanal-Isolierschicht-FET (MOSFET). – Selbstsperrend ist richtig erkannt, die Pfeilrichtung nicht. Zum Kanal HIN heißt N-Kanal; beim P-Kanal zeigt er vom Kanal weg.

Richtig ist A:

Im Schaltzeichen eines MOSFET stecken zwei Aussagen in zwei getrennten Merkmalen. Der Kanalstrich zwischen den beiden Lastanschlüssen sagt, ob ohne Gatespannung schon ein Kanal vorhanden ist: ein durchgezogener Strich bedeutet selbstleitend, ein in drei kurze Stücke unterbrochener Strich bedeutet selbstsperrend, denn dort muss die Gatespannung den Kanal erst bilden. Der Pfeil am Substratanschluss sagt, welchen Leitungstyp der Kanal hat; er folgt der Durchlassrichtung der Diode zwischen Substrat und Kanal und zeigt deshalb beim N-Kanal-Typ vom P-Substrat auf den Kanal zu, beim P-Kanal-Typ vom P-Kanal weg zum N-Substrat. Weil beide Merkmale unabhängig sind, ergeben sie vier verschiedene Zeichen, und man muss immer beide lesen. Bei der Frage nach einem selbstsperrenden N-Kanal-Typ entscheidet also der unterbrochene Kanalstrich das eine Merkmal und die auf den Kanal gerichtete Pfeilspitze das andere.

Kniff: Sieh zuerst nur auf den Kanalstrich: unterbrochen heißt selbstsperrend, damit bleiben zwei Zeichen in der Auswahl. Dann sieh auf die Pfeilspitze am Substrat, denn zeigt sie zum Kanal hin, ist es der N-Kanal. Verwechselt werden genau die zwei unterbrochenen Zeichen, weil sie sich allein in der Pfeilrichtung unterscheiden. Halte dich dabei an die Spitze und nicht an den Schaft, der in beiden Fällen gleich aussieht.

Richtig ist C:

Ein MOSFET-Zeichen wird an zwei Stellen gelesen. Der Kanalstrich trennt die beiden Bauarten: ein durchgezogener Strich steht für den selbstleitenden Typ, dessen Kanal auch ohne Gatespannung besteht und erst zugeschnürt werden muss, ein in drei Stücke unterbrochener Strich für den selbstsperrenden Typ, dessen Kanal die Gatespannung erst erzeugt. Der Pfeil am Substratanschluss trennt die beiden Kanaltypen: er gibt die Durchlassrichtung der Diode zwischen Substrat und Kanal an und zeigt beim N-Kanal auf den Kanal zu, beim P-Kanal vom Kanal weg. Wer nach einem selbstleitenden N-Kanal-Typ sucht, prüft demnach den durchgezogenen Strich für die Bauart und die zum Kanal gerichtete Pfeilspitze für den Kanaltyp. Beide Merkmale sind voneinander unabhängig, eines allein entscheidet nie.

Kniff: Erste Frage: ein Balken oder drei Striche. Ein durchgehender Balken heißt selbstleitend, damit fallen zwei Zeichen weg. Zweite Frage: wohin zeigt die Pfeilspitze am Substrat, denn zum Kanal hin heißt N-Kanal. Die Falle sind die beiden Zeichen mit durchgezogenem Balken, die sich nur in der Pfeilrichtung unterscheiden; lies die Spitze und nicht den Strich, an dem der Pfeil sitzt.

Richtig ist A:

Die vier möglichen MOSFET-Zeichen entstehen aus zwei Merkmalen, die man getrennt liest. Das erste ist der Kanalstrich: durchgezogen bedeutet selbstleitend, also ein Kanal, der ohne Gatespannung schon leitet, in drei Stücke unterbrochen bedeutet selbstsperrend, also ein Kanal, den die Gatespannung erst bilden muss. Das zweite ist der Pfeil am Substratanschluss, der die Durchlassrichtung der Diode zwischen Substrat und Kanal zeigt: beim N-Kanal weist er auf den Kanal zu, beim P-Kanal vom Kanal weg. Gesucht ist hier ein selbstleitender P-Kanal-Typ, also entscheidet der durchgezogene Strich die Bauart und die nach außen gerichtete Pfeilspitze den Kanaltyp.

Kniff: Zuerst die Bauart am Kanalstrich: nur die Zeichen mit einem durchgehenden Balken bleiben übrig. Dann der Kanaltyp an der Pfeilspitze: vom Kanal weg heißt P-Kanal. Am leichtesten verwechselt man das richtige Bild mit dem unterbrochenen Zeichen, das dieselbe Pfeilrichtung hat, denn die Pfeilrichtung fällt beim Hinsehen zuerst auf. Prüfe deshalb immer beides, erst den Strich, dann den Pfeil.

Der FET hat drei Anschlüsse: Source (Quelle), Drain (Senke) und Gate (Tor). Die Ladungsträger laufen von Source nach Drain, das Gate steuert.

Kniff: Emitter, Basis und Kollektor gehören zum bipolaren Transistor. Wo einer dieser Namen in der Antwort auftaucht, ist sie schon falsch.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Emitter, Drain, Source – Emitter gehört zum bipolaren Transistor. Beim FET heißt dieser Anschluss Gate.
• Gate, Source, Kollektor – Kollektor gehört zum bipolaren Transistor. Beim FET heißt er Drain.
• Emitter, Basis, Kollektor – Das sind alle drei Anschlüsse des bipolaren Transistors, nicht die des FET.

Kniff: Der durchgehende Kanalstrich sagt: Feldeffekttransistor. Damit heißen die Anschlüsse Drain, Source und Gate. Der Anschluss mit dem Pfeil ist immer das Gate; oben liegt Drain, unten Source.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 1: Anode, 2: Kollektor, 3: Gate – Drei Bauteile in einer Antwort gemischt: Anode gehört zur Diode, Kollektor zum Bipolartransistor, Gate zum FET. Ein Bauteil hat Anschlüsse aus EINER Familie.
• 1: Anode, 2: Kathode, 3: Gate – Anode und Katode zusammen wären eine Diode — die hat aber nur zwei Anschlüsse. Mit einem Gate dazu wäre es ein Thyristor, und der wird ganz anders gezeichnet.
• 1: Kollektor, 2: Emitter, 3: Basis – Das sind die Namen beim Bipolartransistor. Der hat aber keinen durchgehenden Kanalstrich: bei ihm laufen Kollektor und Emitter SCHRÄG auf den Basisstrich zu.

Die Spannung zwischen Gate und Source baut ein elektrisches Feld auf. Dieses Feld schnürt den leitenden Kanal zwischen Source und Drain ein oder gibt ihn frei — es ändert also seinen Widerstand.

Kniff: Zwei Dinge müssen stimmen: Gesteuert wird durch eine SPANNUNG, und gesteuert wird der WIDERSTAND DES KANALS. Jede falsche Antwort macht genau an einer dieser beiden Stellen einen Fehler.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Die Gate-Source-Spannung steuert den Gatestrom. – Über das Gate fließt praktisch kein Strom — es ist isoliert oder gesperrt. Gesteuert wird der Kanal, nicht ein Gatestrom.
• Der Gatestrom steuert den Drainstrom. – Das ist die Arbeitsweise des bipolaren Transistors, dort mit Basisstrom. Beim FET gibt es keinen nennenswerten Gatestrom.
• Der Gatestrom steuert den Widerstand des Kanals zwischen Source und Drain. – Die Wirkung ist richtig beschrieben, die Ursache nicht. Es ist die Spannung, nicht ein Strom.

Lösungsweg:

1. I_B = I_C / B = 5 mA / 298 = 16,8 µA
2. Spannung über R₁ = 12 V − 0,6 V = 11,4 V
3. R₁ = 11,4 V / 16,8 µA ≈ 680 kΩ

Kniff: Durch R₁ fließt nur der BASISSTROM, und der ist um die Stromverstärkung kleiner als der Kollektorstrom. Über R₁ liegt außerdem nicht die ganze Betriebsspannung, sondern sie minus der 0,6 V an der Basis.

Warum die anderen nicht stimmen:

• ca. 2,3 kΩ – Mit dem KOLLEKTORSTROM gerechnet statt mit dem Basisstrom: 11,4 V / 5 mA = 2,28 kΩ. Die Stromverstärkung ist dabei unter den Tisch gefallen — und sie ist der ganze Witz dieser Aufgabe.
• ca. 715 kΩ – Die 0,6 V vergessen und mit der ganzen Betriebsspannung gerechnet: 12 V / 16,8 µA = 715 kΩ. Der Fehler kostet hier 5 %.
• ca. 68 kΩ – Faktor 10 daneben — ein Komma verrutscht.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC515

Kniff: Ein Spannungsteiler hält seine Spannung nur, solange der abgezweigte Strom klein gegen den Querstrom ist. Beim zehnfachen Querstrom verschiebt ein schwankender Basisstrom die Basisspannung kaum — und damit bleibt der Arbeitspunkt stehen, auch bei Erwärmung oder beim Tausch gegen einen Transistor mit anderer Stromverstärkung.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Damit R₂ eine Stromgegenkopplung bewirkt. – Stromgegenkopplung macht der EMITTERwiderstand, nicht der Querwiderstand des Basisteilers. R₂ liegt nicht im Emitterzweig — in dieser Schaltung gibt es gar keinen Emitterwiderstand.
• Damit sich der Basisstrom bei Erwärmung nicht ändert. – Der Basisstrom ändert sich trotzdem, und er darf es. Festgehalten wird die Basis-SPANNUNG; dass der Arbeitspunkt dabei stehen bleibt, ist die Folge.
• Damit R₂ eine Spannungsgegenkopplung bewirkt – Spannungsgegenkopplung führt vom KOLLEKTOR auf die Basis zurück. R₂ geht von der Basis nach Masse — von dort kommt nichts aus dem Ausgang zurück.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC516

Lösungsweg:

1. I_B = I_C / B = 2 mA / 200 = 10 µA
2. I_R2 = 10 · I_B = 100 µA, durch R₁ also 110 µA
3. Basisspannung = 1 V (an R_E) + 0,6 V = 1,6 V
4. Spannung über R₁ = 10 V − 1,6 V = 8,4 V
5. R₁ = 8,4 V / 110 µA ≈ 76,4 kΩ

Kniff: Zwei Summen, und beide werden gern übersehen. Am unteren Ende von R₁ liegt nicht 0,6 V, sondern 0,6 V PLUS der Spannung am Emitterwiderstand, hier also 1,6 V. Und durch R₁ fließt der Querstrom PLUS der Basisstrom, also elfmal der Basisstrom.

Warum die anderen nicht stimmen:

• ca. 940 kΩ – Querstrom und Emitterwiderstand beide übersehen: 9,4 V / 10 µA = 940 kΩ.
• ca. 540 kΩ – Zu dieser Zahl führt keine der üblichen Verwechslungen. Sie steht in AC517 und AC518 als dieselbe Blindantwort.
• ca. 85,5 kΩ – Das ist die Lösung der Nachbarfrage AC518 — dieselben Zahlen, aber ohne Emitterwiderstand. Wer die 1 V an R_E übersieht, rechnet mit 9,4 V statt 8,4 V und landet genau hier.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC517

Lösungsweg:

1. I_B = I_C / B = 2 mA / 200 = 10 µA
2. I_R2 = 10 · I_B = 100 µA, durch R₁ also 110 µA
3. Spannung über R₁ = 10 V − 0,6 V = 9,4 V
4. R₁ = 9,4 V / 110 µA ≈ 85,5 kΩ

Kniff: Zwei Ströme durch R₁: der Querstrom durch R₂ UND der Basisstrom. Also elfmal der Basisstrom. Über R₁ liegt die Betriebsspannung minus der Basisspannung, und die ist hier nur die 0,6 V der Basis-Emitter-Strecke.

Warum die anderen nicht stimmen:

• ca. 76,4 kΩ – Das ist die Lösung der Nachbarfrage AC517 — gleiche Zahlen, aber dort liegt zusätzlich 1 V an einem Emitterwiderstand, und dann sind es 8,4 V statt 9,4 V. Hier gibt es keinen Emitterwiderstand.
• ca. 940 kΩ – Den Querstrom durch R₂ vergessen: mit 10 µA statt 110 µA kommt 9,4 V / 10 µA = 940 kΩ heraus — fast das Elffache.
• ca. 540 kΩ – Zu dieser Zahl führt keine der üblichen Verwechslungen. Sie steht in AC517 und AC518 als dieselbe Blindantwort.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC518

Kniff: Ohne R₁ bekommt die Basis keinen Strom mehr aus der Betriebsspannung; R₂ zieht sie nach Masse. Der Transistor sperrt. Und wo kein Kollektorstrom fließt, fällt an R_C nichts ab — am Kollektor steht die vollständige Betriebsspannung.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Es fließt Kurzschlussstrom. Der Transistor wird zerstört. – Eine UNTERBRECHUNG kann keinen Kurzschluss machen. Ein fehlender Widerstand nimmt Strom weg, er lässt keinen zusätzlichen fließen.
• Der Kollektorstrom wird nur durch R_C begrenzt. Die Kollektorspannung sinkt auf zirka 0,1 V. – Das ist der Fall bei fehlendem R₂ (Nachbarfrage AC520): dann hängt die Basis nur noch am Plus und der Transistor ist voll durchgesteuert. Hier ist es genau umgekehrt.
• Der Kollektorstrom steigt stark an. Die Kollektorspannung erhöht sich. – Die beiden Aussagen widersprechen sich. Mehr Kollektorstrom heißt mehr Abfall an R_C, also WENIGER Spannung am Kollektor. Beides zugleich geht nicht.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC519

Kniff: Ohne R₂ hängt die Basis nur noch über R₁ am Plus. Der ganze Strom durch R₁ geht jetzt in die Basis, der Transistor wird voll durchgesteuert und kommt in die Sättigung: zwischen Kollektor und Emitter bleiben dann nur noch etwa 0,1 V, und den Strom begrenzt allein R_C.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Es fließt Kurzschlussstrom. Der Transistor wird zerstört. – R_C begrenzt den Strom weiter — ein Kurzschluss ist das nicht. Zerstört würde der Transistor nur, wenn R_C dafür zu klein bemessen wäre, und davon steht nichts in der Aufgabe.
• Es fließt kein Kollektorstrom mehr. Die Kollektorspannung steigt auf die Betriebsspannung an. – Das ist der Fall bei fehlendem R₁ (Nachbarfrage AC519): dann fehlt der Basisstrom. Hier fehlt der Querwiderstand, und der Basisstrom wird dadurch GRÖSSER, nicht kleiner.
• Der Kollektorstrom steigt stark an. Die Kollektorspannung erhöht sich. – Der erste Teil stimmt sogar — der zweite widerspricht ihm. Mehr Strom durch R_C heißt mehr Abfall dort, also weniger Spannung am Kollektor.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC520

Lösungsweg:

1. U_GS = U_B · R₂ / (R₁ + R₂)
2. = 44 V · 1 kΩ / (10 kΩ + 1 kΩ)
3. = 44 V / 11 = 4 V

Kniff: Weil die Source direkt an Masse liegt, IST U_GS die Spannung am Teiler R₁/R₂. R₃ hat damit nichts zu tun — durch den Teiler fließt der Drainstrom nicht, und in das Gate fließt (fast) kein Strom.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 4,4 V – Mit R₂/R₁ statt R₂/(R₁+R₂) gerechnet: 44 V · 1/10 = 4,4 V. Im Nenner steht die SUMME beider Widerstände, nicht der obere allein.
• 0,7 V – Das ist die Schwellspannung einer Siliziumdiode bzw. die Basis-Emitter-Spannung eines Bipolartransistors. Ein FET hat keine solche feste Spannung — und gefragt ist ohnehin nur der Teiler.
• 8 V – Mit R₃ statt R₂ gerechnet: 44 V · 2,2/(10+2,2) = 7,9 V. R₃ liegt aber im Drainzweig und nicht im Spannungsteiler.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC521

Lösungsweg:

1. 2,8 V = 44 V · R₂ / (10 kΩ + R₂)
2. 2,8 · (10 000 + R₂) = 44 · R₂
3. 28 000 = 41,2 · R₂
4. R₂ = 680 Ω
5. Gegenprobe: 44 V · 680 / 10 680 = 2,80 V

Kniff: Dieselbe Teilerformel, nur nach R₂ aufgelöst. Achtung: R₂ steht im Zähler UND im Nenner — man kann nicht einfach „R₂ = 2,8/44 · 10 kΩ“ schreiben.

Warum die anderen nicht stimmen:

• ca. 68 Ω – Faktor 10 daneben. Gegenprobe: mit 68 Ω stellt der Teiler nur 0,30 V ein.
• ca. 820 Ω – Der nächste Normwert über 680 — und damit verführerisch. Gegenprobe: 44 V · 820/10 820 = 3,33 V, also ein halbes Volt zu viel.
• ca. 1405 Ω – Gegenprobe: 44 V · 1405/11 405 = 5,4 V, fast das Doppelte des Verlangten. Ein nachvollziehbarer Rechenweg dorthin ist nicht zu erkennen.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC522

Ein durchgeschalteter MOSFET verhält sich wie ein kleiner Widerstand — das ist R_DSon. Die Verlustleistung darin ist P = I² · R.

Lösungsweg:

1. I² = 25² = 625
2. P = 625 · 0,004 Ω
3. P = 2,5 W

Kniff: Der Strom geht quadratisch ein. 25 A sind 625, und erst diese Zahl wird mit den 4 Milliohm multipliziert. Wer nur I · R rechnet, bekommt eine Spannung heraus.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 1 W – Zu dieser Zahl führt keine der üblichen Verwechslungen — eine Blindantwort.
• 0,1 W – I · R statt I² · R: 25 · 0,004 = 0,1. Das ist der Spannungsabfall in Volt, keine Leistung.
• 6,25 W – Mit 10 mΩ gerechnet statt mit 4 mΩ: 625 · 0,01 = 6,25.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC523

Richtig ist D:

Eine Spule hält ihren Strom fest. Wird der Kreis geöffnet, will der Strom weiterfließen, und die Spule erzeugt dabei eine Spannungsspitze, die weit über der Betriebsspannung liegt und den Schalter oder Transistor zerstört. Die Freilaufdiode gibt diesem Strom einen Weg im Kreis: sie liegt unmittelbar parallel zur Spule, und zwar so, dass sie für die Betriebsspannung sperrt, also mit der Kathode am pluszugewandten Ende der Spule. Im Betrieb ist sie dadurch unwirksam; beim Abschalten dreht die Spulenspannung ihr Vorzeichen, die Diode wird leitend und der Strom klingt in ihr ab. Eine Diode, die schon im Betrieb leiten würde, schließt die Spule kurz, und eine Diode in der Zuleitung schützt gar nicht, weil der Spulenstrom sie beim Abschalten nicht durchlaufen kann.

Kniff: Suche zuerst die Bilder, in denen die Diode parallel zur Spule liegt, denn nur dort kann sie Freilaufdiode sein. Von diesen ist das richtige jenes, in dem die Diode für die Betriebsspannung sperrt, also der Kathodenstrich am Plusende der Spule sitzt. Genau diese zwei verwechselt man am leichtesten: Frage dich, ob die Diode bei eingeschaltetem Transistor leiten würde, denn dann schließt sie die Spule kurz und ist falsch. Eine Diode in der Zuleitung scheidet immer aus, unabhängig von ihrer Richtung.