Transistor

Ein Transistor ist ein elektronisches Halbleiterbauelement. Man verwendet Transistoren zum Schalten und Verstärken. Die Bezeichnung Transistor ist eine Kurzform vom englischen Transfer Varistor und soll den Transistor als einen durch Strom steuerbaren Widerstand beschreiben. Es wird in 2 Hauptgruppen unterschieden:

Bipolare Transitoren und FET's (Feldeffekttransistor)

Bipolare Transistoren werden durch Stromfluss angesteuert. Die Anschlüsse des Bipolaren Transistors sind Kollektor , Basis und Emitter. Ein kleiner Strom auf der Basis-Emitter-Strecke kann dabei einen großen Strom auf der Kollektor-Emitter-Strecke steuern. Es wird unter anderem auch zwischen NPN und PNP Transitoren unterschieden.

Bei FET's werden die Anschlüsse als Gate (engl. Tor, Gatter), Drain (engl. Abfluss), Source (engl. Quelle) bezeichnet. Der Strom auf der Drain-Source-Strecke wird hier durch die Spannung zwischen Gate und Source gesteuert. Die Steuerung erfolgt (nahezu) stromlos.

Grundschaltungen

Das NOT Gatter

Diese einfache Schaltung, bestehend aus einem NPN Transistor und zwei Widerständen, invertiert das Eingangssignal, sodass aus beispielsweise +5V (oder logisch 1) 0V (oder logisch 0) erzeugt werden. Die daraus resultierende Wertetabelle sieht folgendermaßen aus:

Eingang	Ausgang
0V	+5V
+5V	0V

Wenn also an der Transistorbasis +5V angelegt werden (+0,7V reichen meistens auch schon), dann schaltet der Transistor durch und am Ausgang liegen 0V an. Der Strom, der nun durch den Transistor fließt wird durch den Widerstand R₂ begrenzt. Wird dieser Widerstand weggelassen, dann wird durch den entstehenden Kurzschluss der Transistor unweigerlich zerstört. Legt man nun am Eingang 0V an, so sperrt der Transistor und am Ausgang liegen +5V an.

Der Basisstrom wird durch den Widerstand R₁ bestimmt. Ein kleiner Widerstand beschleunigt die Schaltgeschwindigkeit des Transistors, ein großer ermöglicht die Ansteuerung auch mit kleinen Strömen.

Transistor - Kennwerte

Die Transistorkennwerte sind grundsätztlich in Grenzdaten und Kenndaten unterteilt. Grenzwerte dürfen auf keinen Fall überschritten werden, da eine Zerstörung des Transistors unvermeidlich ist. Eigenschaften eines Transistors werden als Kenndaten angegeben, die das Verhalten in bestimmten Arbeitspunkten kennzeichnen.

Grenzwerte für Sperrschichttemperatur

Durch die Verlustleistung bei Dauerbetrieb entsteht in der Sperrschicht Wärme, durch die sich die Sperrschichttemperatur erhöht, diese Sperrschichttemperatur T_J , darf bestimmte Werte nicht überschreiten, da die Halbleitereigenschaften des Transistors stark verändert würden, was die Zerstörung zur Folge hat. Diese Temperatur hängt vom Halbleitermaterial ab.

T_J  : 90°C Germaniumtransistoren

T_J  : 150 - 200°C Siliziumtransistoren

Grenzwerte für Umgebungstemperatur

Einige Hersteller geben statt der maximalen Sperrschichttemperatur die höchstzulässige Umgebungstemperatur T_U als Grenzwert an. T_U ist stets kleiner als T_J . Zu diesen beiden Angaben ist in den Datenblättern meistens ein Diagramm zu finden in dem die Temperaturabhängigkeit der höchstzulässigen Gesamtverlustleistung aufgezeigt wird. Aus diesem Diagramm kann die Verlustleistung bei bestimmten Umgebungstemperaturen entnommen werden. Als Parameter ist der Wärmewiederstand R_Th des Halbleiters aufgetragen. Denn wird durch einen Kühlkörper oder durch die Montage des Transistors an einem Gehäuse die Wärme besser abgeführt, so ist die Gesamtverlustleistung auch bei höheren Umgebungstemperaturen zulässig.

Zulässiger Arbeitsbereich

In Transistorschaltungen dürfen bestimmte Grenzwerte nicht überschritten werden. Der zulässige Arbeitsbereich einer Transistorschaltung wird somit durch den Kollektorstrom I_c , durch die Kollektor - Emitterspannung U_CE und durch die Verlustleistung P_tot begrenzt. Wird der Transistor außerhalb des erlaubten Arbeitsbereiches betrieben wird der Transistor zerstört.

Autor: ZwieBack - Wiki Konvertierung Frank