Lichtmessung an einem BC140

Jetzt hab ich den BC140 im TO5-Gehäuse schon so schön aufgebördelt, da muss ich ihn auch gleich einmal gründlich durchmessen. Wie hell ist z. B. das gelbe Licht, das man bereits mit bloßem Auge im Dunkeln sehen kann?


BE-Strecke in Sperrrichtung (Durchbruch) mit 100 mA: 9 mlx
BE-Strecke in Sperrrichtung (Durchbruch) mit 20 mA: 2 mlx

Das war das gelbe Leuchten, aber jetzt kommt die Durchlassrichtung derselben Diode. Vermutlich entsteht nur noch IR-Licht, weil die Spannung um 0,7 V liegt.


BE-Strecke in Durchlassrichtung mit 100 mA: 18 mlx
BE-Strecke in Durchlassrichtung mit 20 mA: 4 mlx

Also laut Lichtmessung mit einer Si-Fotodiode doppelt so hell wie in Sperrrichtung. Aber man sieht es nicht. Der Transistor ist also nicht nur eine LED, er ist sogar eine Duo-LED!

Und jetzt kommt die andere Diode im NPN-Transistor:


CB-Strecke in Durchlassrichtung, 100 mA: 18 mlx
CB-Strecke in Durchlassrichtung, 20 mA: 4 mlx

Also genau das gleiche Ergebnis wie bei der BE-Strecke. Und bei beiden Dioden ist die Helligkeit etwa proportional zum Strom, genau wie bei einer echten LED.

Und was ist bei ganz normalem Kollektorstrom? Dazu habe ich Basis und Kollektor zusammengeschaltet. Man kann dann davon ausgehen, dass der Basisstrom sehr gering ist und vernachlässigt werden kann.


Kollektorstrom 100 mA: 0 mlx, überhaupt nichts! Seltsam, wer kann das wohl erklären?

Und jetzt drehe ich den Transistor noch um. Er arbeitet als Transistor mit vertauschtem Emitter und Kollektor bei BE-Durchbruch, genau wie beim NPN-Kipposzillator mit negativer Steigung der  Kennlinie.


Emitterstrom (+10 V über 33 Ohm) 100 mA: 1 mLx.

Interessant, ob wohl die negative Kennlinie etwas mit dem Licht zu tun haben könnte?

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LED-Wirkungsgrad

Die Si-LED hat einen besonders schlechten Wirkungsgrad. In Wikipedia findet man eine Erklärung dafür. Silizium ist ein Halbleiter mit indirekter Bandlücke, was die optischen Eigenschaften verschlechtert. Deshalb wird nur relativ wenig Licht erzeugt. Die Forschung schläft aber nicht, und man kann damit rechnen, dass Si-LEDs in Zukunft große Bedeutung erlangen werden.

Siehe auch: Design and fabrication of Si LED with the N-well-P+ junction based on standard CMOS technology

Zusammengefasst: Diese Forscher haben eine Si-LED als Avalanche-Diode gebaut und bei einer Durchbruchspannung ab 8,1 V gearbeitet (genau wie beim Transistor im BE-Durchbruch). Der Wirkungsgrad betrug ca. 1,2 * 10^-8, die abgegebene Lichtleistung war 12 nW bei 100 mA und ca. -10V. Ein gewisser Anteil des Lichts lag bei 1625 nm. Das ab 1100 nm gemessene Spektrum war sehr breit und reichte bis Grün.

Das wollte ich genauer wissen und habe bei äußerster Dunkelheit das Spektrum der Transistor-LED mit einer CD angeschaut. Tatsächlich, von Rot bis Grün ist alles drin!

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Messung am geschlossenen Transistor

Ein Transistor wie der BC337 sitzt im Plastikgehäuse und kann nicht ohne Zerstörung geöffnet werden. Aber es gibt trotzdem eine Möglichkeit, die Lichterzeugung nachzuweisen. Prof. Martin Oßmann hat in Elektor einmal den passenden Versuch dazu vorgestellt. (Trick.e, Frage im Heft 5/2005, Auflösung in 7,8/2005, S. 131). Die BE-Strecke im Durchbruch erzeugt das Licht, während die BC-Diode des gleichen Transistors als Fotoelement eine Spannung abgibt. Mit einem DVM mit einem Innenwiderstand von 10 MOhm wurde eine Spannung von 0,25 V gemessen.