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Funktion des Transistors


Die Funktion eines Transistor läßt sich auf vielen Arten beschreiben. Grob gesagt hat man einen Steuerstromkreis (Basis-Emitter) und einen Laststromkreis (Kollektor-Emitter). Wenn ein kleiner Strom über die Basis zum Emitter fließt, fließt auch ein größerer vom Kollektor zum Emitter.



NPN-Transistor

Betrachten wir zunächst einen NPN-Transistor. Angesteuert wird ein Transistor immer über die Basis. Am Kollektor liegt dagegen die Betriebsspannung an. Im Kollektorkreis liegt auch der Lastwiderstand. Fließt nun ein kleiner Strom von der Basis zum Emitter (IB), dann fließt auch ein größerer Strom vom Kollektor zum Emitter (IC). Dies nennt man Stromverstärkung. Den Faktor der Stromverstärkung kann man in den Datenblatt eines Transistors nachsehen.


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Der NPN-Transistor als Schalter


Beim Transistor steuert ein kleiner Basisstrom einen größeren Kollektorstrom.

Damit überhaupt ein Strom vom Kollektor zum Emitter fließt, muß die Spannung zwischen Basis und Emitter UBE je nach Transistortyp zwischen 0,4 und 0,7 Volt liegen; die Basis muß also um 0,4 bis 0,7 Volt positiver als als der Emitter sein. Das ist die sogenannte Schwellenspannung. Wird sie unterschritten, sperrt der Transistor und es fließt kein Strom.

Wird an der Basis die Schwellenspannung von 0,7 Volt erreicht, sagt man auch, der Transistor ist geöffnet, er leitet, oder schaltet durch.

Auch zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors fällt eine Spannung ab. Diese wird als Kollektor-Emitterspanng UCE bezeichnet und ist umso größer, je höher der Kollektorstrom ist.

Aus der Kollektor-Emitterspanng UCE und dem Kollektorstrom ergibt sich auch die Verlustleistung eines Transistors. Die maximale Verlustleistung eines Transistors darf keinesfalls überschritten werden, da er sonst zerstört wird.

Besonders kritisch sind Fälle, wo sich der Transistor in einem Zustand befindet, in dem er zwar schon etwas leitet (UBE zwischen 0,4 und 0,5 Volt), aber noch nicht voll durchschaltet. Man sagt auch, der Transistor befindet sich in einem halbleitenden Zustand. In diesem Fall ist die Kollektor-Emitterspanng UCE immer recht hoch. Hier sollte man aufpassen, da der Transistor so schnell überlastet und damit zerstört werden kann!



PNP-Transistor

Beim PNP-Transistor ist es genau umgekehrt. Hier muß die Basis um 0,4 bis 0,7 Volt negativer als der Emitter sein, damit der Transistor durchschaltet.


transistor2.gif

Der PNP-Transistor als Schalter


Wie man auf dem Schaltbild sieht, fließt der Strom hier nicht von der Basis zum Emitter, sondern vom Emitter zur Basis!



Beispiel mit einem NPN-Transistor (Emitterschaltung)

Nachfolgend ein kleines praktisches Beispiel mit einem NPN-Transistor, das man leicht selbst aufbauen kann:


transistor3.gif

Schaltung zur Funktion des Transistors (Emitterschaltung)


Bevor wir die Betriebsspannung von 9 Volt anlegen, drehen wir den Schleifer des Potis P1 bis zum Anschlag in Richtung Masse. Nach dem Anlegen der 9 Volt bleibt die LED dunkel. Das ist auch logisch, weil die Basis des Transistors T1 mit Masse verbunden ist und so kein Strom fließen kann. Daher beträgt auch die Spannung zwischen Basis und Emitter 0 Volt und der Transistor sperrt.

Nun drehen wir den Schleifer von P1 langsam in Richtung Betriebsspannung, also nach oben. Wenn das Meßgerät etwa 0,6 Volt zwischen Basis und Emitter anzeigt, beginnt die LED schwach zu leuchten. Drehen wir am Poti weiter, steigt die Basis-Emitterspannung auf etwas über 0,7 Volt und bleibt dann konstant. Ist der Schleifer des Potis direkt mit der Betriebsspannung von 9 Volt verbunden, leuchtet die LED am hellsten. Dann fließt im Kollektorkreis ein Strom von etwa 20 Milliampere.

Die Last, also die LED mit ihrem Vorwiderstand, liegt hier im Kollektorkreis. Der Emitter liegt an Masse. Man bezeichnet diese Schaltung daher auch als Emitterschaltung. Da bei dieser Schaltung von der Last ausgesehen der Minuspol geschaltet wird, spricht auch von Low-Side.



Beispiel mit einem NPN-Transistor (Kollektorschaltung)

Genau ist es möglich die Last, also die LED mit ihrem Vorwiderstand, statt im Kollektorkreis im Emitterkreis zu platzieren. In diesem Fall liegt der Kollektor an Masse. Eine solche Schaltung bezeichnet man als Kollektorschaltung.


transistor3b.gif

Schaltung zur Funktion des Transistors (Kollektorschaltung)


Da bei dieser Schaltung von der Last ausgesehen der Pluspol geschaltet wird, spricht auch von High-Side.

Zwischen diesen beiden Schaltungen gibt es einige Unterschiede, die man erfährt wenn man auf deren Links klickt. Bei der Kollektorschaltung sind die wahren Verhältnisse sogar etwas komplizierter, weil der Basisstrom ja noch zusätzlich durch den Lastwiderstand nach Masse fließt!


Bitte beachten Sie unbedingt die Warnhinweise!

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