Ein über drei Dekaden verstellbarer Widerstand zur Kennlinienmessung: Kurzer Arbeitsanfall Sonntag abends – schnell messen können mit einem Widerstands-Einsteller. Lange Rede – kurzer Sinn: ein Widerstandsstellglied aus der Dose.
Ein Widerstandsstellglied
Kapitelinhalt:[ Überspringen ]Der Artikel beschreibt den Bau einer kleinen “Widerstandsdose“ – ein kleiner über mehrere Dekaden verstellbarer Widerstand.
Für diese kleine Bastelei gab es praktische Gründe. Um das spezielle Verhalten von Germaniumtransistoren insbesondere in Schaltungen wie dem Fuzz Face und dem Treblebooster zu verstehen, war versucht worden, mehrere Kennlinien (UB bzw. IB auf IC) aufzunehmen – mit eher ernüchterndem Ergebnis. Zum einen war kein qualitativer Unterschied zu den Kennlinien vergleichbarer Siliziumtransistoren gefunden worden (also kein „Germanium-Geheimnis“), zum anderen waren die Messungen an den Germaniumtransistoren schwieriger und die Ergebnisse nicht sehr verlässlich, weil die Messwerte während der Messung offensichtlich stärker schwankten.
Zudem sollte an einigen Germaniumtransistoren mit zusätzlichen Messungen untersucht bzw. überprüft werden, wie der aus der Basis heraus- und die Basis hineinfließende Strom, zusätzliche Basisspeiseströme, die Basisvorspannung und der differentielle Eingangswiderstand sich zueinander verhalten.
Bei diesen Messungen sollte aber nicht der Fehler vorheriger Messungen wiederholt werden, umständlich erst mit einem Präzisionstrimmer eine Basisvorspannung nach dem andern einzustellen und dann die anderen Werte abzulesen – die gemessenen Werte insbesondere der Germaniumtransistoren schwankten dabei zu stark – die Transistoren scheinen dafür zu temperaturempfindlich und in ihren Kennwerten auch zu instabil zu sein.
Langer Rede kurzer Sinn: eine schnell verstellbare Widerstandssammlung mit festen Widerstandswerten könnte einen Teil der Messungen vereinfachen.
Die Schaltung
Es ist schon übertrieben, hier von einer Schaltung zu sprechen, die vorhandenen Widerstände wurden auf einen Drehschalter mit 12 Positionen gelötet. Die Widerstandswerte 2,2 MΩ und 4,7 MΩ waren nicht einzeln vorfügbar und mussten aus vorhandenen kleineren Widerständen zusammengesetzt werden.
Folgende Widerstandswerte wurden realisiert: 1 kΩ, 2,2 kΩ, 4,7 kΩ, 10 kΩ, 22 kΩ, 47 kΩ, 100 kΩ, 220 kΩ, 470 kΩ, 1 MΩ, 2,2 MΩ und 4,7 MΩ.
Abb. 1: Schaltung des Widerstandsstellglieds.
Auch wenn der ein Sprung von jeweils mehr als +100 / −50 % schon recht groß ist, limitierend waren nicht die vorhandenen oder nicht vorhanden Widerstände, sondern die Anzahl der verschiedenen möglichen Stellungen des Schalters. Natürlich ist auch eine feinere Staffelung mit mehreren Schaltern möglich, aber das ist dann kein „einfaches Projekt“ für einen ungefähr abgeschätzten Bedarf, das verlangt dann schon genauere Planung.
Der praktische Aufbau
Auch hier reicht eine kurze Beschreibung – vorhanden waren die benötigten Widerstände (bis einschließlich 1 MΩ, darüber wurde halt gestückelt) ein Drehschalter mit einer Schaltebene und 12 Positionen, Litze, ein alter Knopf sowie eine leere Filmdose (Für die Jüngeren: Eine Dose für Filme für eine Kleinbildkamera; die Dose ist etwa so groß wie ein Überraschungsei ;-). Zuerst wurde eine Litze an den Mittelkontakt des Schalters (später kommt man nicht mehr ran) und dann die Widerstände senkrecht auf die Außenkontakte gelötet. Aus umgebogenen Anschlussdrähten der Widerstände anderen Seite wurde ein Ring gebildet und an diesen die anderen Widerstände und die Reihenschaltungen sowie die zweite Litze gelötet.
Der Schalter kam – mit einer kräftigeren Zahnscheibe versehen – in die am Boden aufgebohrte Filmdose, die Litzen wurden innen mit einem Kabelbinder verbunden und über zwei Löcher durch den Deckel geführt (Kabelbinder und zwei Löcher zur Zugentlastung) auf die abgesägte Achse des Schalters kam der alte Knopf. Das war's.
Last but not least wurden die beiden Hälften einer zerschnittenen langen Drahtbrücke für Breadboards an die Enden der Litzen / Anschlusskabel aufgelötet – so kann das Widerstandsstellglied sinnvoll in eine Testschaltung auf dem Breadboard eingebunden werden.
Beispiel der Anwendung
Nach dem Zusammenbau erfolgte zum Test eine erste Anwendung – die Ermittlung der Kennlinienparameter verschiedener Dioden. Abbildung 2 zeigt die recht übersichtliche Testschaltung.
Abb. 2: Messschaltung zur groben Bestimmung einer Diodenkennlinie.
Mit den zügig aufgenommenen Messwerten für zwei Dioden 1N4148 wurde in EXCEL versucht, einen halbwegs allgemeingültigen Wert für den Emissionskoeffizienten η zu ermitteln, allerdings ließ sich hier, unter Annahme eines Bahnwiderstands von 0,5 Ω, nur ein mit sinkendem Diodenstrom leicht steigender Wert um 1,8 erkennen. Siehe folgende Abbildung 3:
Abb. 3: Screenshot der Auswertung der Messungen zur Diodenkennlinie im Kalkulationsprogramm EXCEL. Aus den gemessenen Werten und unter Annahme eines Bahnwiderstands von 0,5 Ω wurde der Wert von η über dem Messbereich berechnet.
Insgesamt ist es aber mit den Widerstandsstellglied möglich, quick and dirty für einen recht großen Wertebereich Messungen an Bauelementen zu erstellen – die Fummelei mit irgendwelchen Trimmern entfällt und die Messungen sind halbwegs zur gleichen Zeit aufgenommen, das heißt, man kann sich darauf verlassen, dass das DUT über die Dauer der Messung die gleiche Temperatur hat.