Der Transistor

Der Transistor
Erstellt von:
Lukas Gisin
Im Rahmen der Projektarbeit
- Diskrete Bauteile -
Klasse MMELE 4a
AGS Basel
Stromfluss
Schaltung
Verstaerkung
Verwendung
Funktionsweise
Stabilisierung
Gleichspannungsverstaerkung
Wechselspannungsverstaerkung
Leistungsverstaerkung
Transistor
Technische Daten
Material
Bauformen
Symbole
NPN
PNP
Typen
Lukas Gisin – Arlesheim den 05.08.2005
Aufbau
Einleitung
Projektarbeit
– Der Transistor
2
Was ist...
Roehrenersatz
Kennlinie
Bezeichnung
Einleitung:
In dieser Projekt-Arbeit werde ich mich dem bipolaren Transistor widmen, grundlegende Eigenschaften und typische Anwendungen beschreiben. Nun aber einige Worte zur Geschichte des Transistors.
Der erste bipolar Transistor wurde im Jahre 1948 erfunden, aber die wirkliche Tragweite dieser Erfindung konnte noch nicht abgeschätzt werden. Doch die drei Erfinder William B.
Shockley, John Bardeen und Walter Brattain, die an der Entwicklung des Transistors mitgearbeitet haben erhielten 1956 den Nobelpreis dafür (siehe Kapitel „Abbildungen“).
Der Transistor begann in den 50er bis 60er Jahre allgemein die alt bewährte Elektronenröhre, welche die gleiche Anwendung hatte, vom Markt zu verdrängen. Denn der Transistor war
um einiges kleiner, erreichte bald eine höhere Lebensdauer, und verschlang viel weniger
Leistung, welches fast der Hauptgrund für die Verdrängung der Röhre war. Eine herkömmliche Röhre benötigte gute 100 V Betriebsspannung, wenn nicht mehr und musste geheizt
werden. Die Verlustleistung lag schnell mal bei 1-2 Watt. Bei einem Transistor liegt die Verlustleistung, je nach Schaltung bei ca. 0,001 Watt, was ein Tausendstel, bis ein Zweitausendstel des Verlustes an einer Röhre entspricht. Doch die Elektronenröhre ist auch heute
noch nicht ausgestorben, es gibt immer noch hochwertige Endverstärker, welche Röhren
verwenden. Wahre Musikkenner schwören auf den wärmeren, natürlicheren Klang von Röhrenverstärkern. Die ganze Entwicklung der Digitalentechnik und der dazugehörenden IC’s
und Prozessoren wurde erst dank komplizierten Transistorschaltungen ermöglicht. In einem
Prozessor IC sind gut einmal eine Million Transistoren untergebracht. Man kann also sagen,
dass der Transistor die Welt verändert hat.
Verwendungszweck:
Schaltung:
Ein Transistor wird im einfachsten Falle als Ersatz für einen mechanischen Schalter eingesetzt. Wenn es z.B. darum geht einen Signalpfad zu öffnen, oder zu schliessen. Speziell in
der Digitaltechnik ist diese Anwendung weit verbreitet, wenn je nach Signal, der eine, oder
andere Weg aufgehen soll. Auch in vielen Netzteilen findet man Schalttransistoren, die das
Gerät mit dem benötigten Strom versorgen, oder eben nicht, wenn das Gerät im Stand-By
Betrieb ist. Die Verwendung eines Transistors für Schaltfunktionen ist auch von grosser Bedeutung, wenn es um hohe Schaltfrequenzen geht. Mit 1-2 Hz kann ein mechanischer Schalter noch von Hand betrieben werden, doch schon bei 10 Hz wird dies etwas schwierig. Würden wir z.B. ein Relais tausend mal pro Sekunde öffnen und schliessen lassen, wären die
Kontakte in kürzester Zeit abgenutzt. Dem Transistor ist es „egal“, wie oft er pro Sekunde
durchschaltet, oder nicht. Auch wenn die Schaltfrequenz im GHz-Bereich liegt, hat dies kein
Einfluss auf seine Lebensdauer.
Verstärkung:
Eine weitere Anwendung des Transistors findet sich in der Signalverstärkung. Durch die
Veränderung eines kleinen Basisstroms IB kann ein grösserer Kollektorstrom IC verändert
werden. Je nach Art und Belastbarkeit des Transistors ist ca. eine 100 fache Verstärkung
möglich. Verstärkerschaltungen, ob jetzt für Gleich- oder Wechselspannungen, kommen in
fast allen Geräten vor. Jeder Radio besitzt solche Verstärkerstufen. Richtig, Verstärkerstufen, denn es reicht bei weitem nicht, das Signal von der Antenne mit einem Transistor zu
verstärken. Wird das Rundfunksignal mit ca. 5 V empfangen, muss es schlussendlich bis
auf vielleicht 5 V und mehr verstärkt werden. Diese Verstärkung entspricht einer Million. Um
solche Verstärkungen überhaupt zu erreichen werden mehrere Transistoren in komplexen
Verstärkerschaltungen hintereinander geschalten. Das Signal wird von Stufe zu Stufe weitergereicht und jedes Mal wieder Verstärkt. Wobei der Ausgang der einen Stufe gleichzeitig
der Eingang der nächsten Stufe ist. Man spricht von Vollverstärkern, die aus vielen einzelnen
Verstärkerstufen bestehen. Das Tolle an Transistoren ist, dass nicht nur Spannung und
Strom verstärkt werden kann, sondern auch Leistung. Denn eine hohe Spannung, aber dafür
einen niedrigen Strom erhalten wir auch bei der Transformation mit einem Trafo.
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Projektarbeit – Der Transistor
Ganze Verstärkerschaltungen findet man heute als ein Bauteil, z.B. als Endverstärker in einer HiFi-Anlage. Die Ausgangsleistung solcher Endverstärker ist oft das Verkaufskriterium
Nr. 1. Doch nicht selten leidet bei billigen Verstärkern die Qualität des abgegebenen Signals
unter der übermässigen Verstärkung.
Strom Stabilisierung:
Wie im Kapitel „Technische Daten“ der Transistor Ausgangskennlinie zu entnehmen ist bleibt
der Ausgangsstrom, nach einem bestimmten Anstieg, unabhängig von der Ausgangsspannung stabil. Grosse Spannungsänderungen verändern den Strom nur minimal. Diese Eigenschaft wird beispielsweise in Ladegeräten ausgenutzt. Denn Akkus sollten immer mit einem
konstanten Strom geladen werden, die Spannung der Akku-Zelle variiert aber je nach Ladungsstand.
Aufbau:
Genau genommen gibt es nicht einfach „den Transistor“, sondern es gibt ihn in unterschiedlichen Varianten, die sich in ihren grundlegenden Eigenschaften voneinander unterscheiden.
Doch in dieser Arbeit werde ich mich nur mit dem bipolaren Transistor auseinandersetzen,
denn er ist die am häufigsten verwendete Art und dazu der Grundstein für alle Weiterentwicklungen, wie z.B. unipolare Transistoren (FET). Am Anfang der Transistorentwicklung
wurde als Grundmaterial Germanium verwendet, heutzutage verwendet man ausschliesslich
Silicium Transistoren. Dies, wegen der exakteren Durchlasskennlinie von Silicium Halbleitern
und ihrer höheren Temperatur Verträglichkeit. Der Transistor ist also ein Halbleiterbauteil
und wird somit aus negativ und positiv dotiertem Silicium hergestellt (N-, und P-Material).
Dabei kommt, wie bei einer Diode, je eine P-Schicht an eine N-Schicht zu liegen. Doch hier
kommen, nicht wie bei der Diode zwei, sondern drei Schichten zusammen und bilden so
zwei P-N-Übergänge. Bereits hier unterscheidet man zwei verschiedenen Typen, NPNTransistoren und PNP-Transistoren. Wobei der eine zwei N- und der andere zwei PSchichten besitzt. Jede dieser Schichten hat einen eigenen Anschluss. Den BasisAnschluss, Kollektor- Anschluss und den Emitter-Anschluss.
PNP-Transistor
Kollektor (C)
P
N
NPN-Transistor
Emitter (E)
P
Kollektor (C)
Basis (B)
N
P
N
Emitter (E)
Basis (B)
Diodenersatzschaltbild und Schaltsymbol
C
C
B
B
E
E
PNP-Transistor
NPN-Transistor
Die mittlere Schicht, die Basis, ist nur einige Nano- bis Mikrometer dick, dies ist für die Funktion des Transistors von wesentlicher Bedeutung und der Grund dafür, dass ein Transistor
nicht durch zwei Dioden ersetzt werden kann. Das Diodenersatzschaltbild verdeutlicht nur
die Anordnung der drei Schichten und die dadurch entstandenen zwei Sperrschichten. Transistoren gibt es in den unterschiedlichsten Formen und Grössen. Kleine Transistoren findet
man in der SMD-Bauart, sie sind nur ca. 2-3mm gross.
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Projektarbeit – Der Transistor
Je nach Leistung, für die ein Transistor ausgelegt ist, besitzen sie ein Metall- oder Kunststoffgehäuse (siehe Abb. 1, S. 112, Buch Komm 1). Hochleistungstransistoren müssen zusätzlich gekühlt werden und besitzen deshalb ein Metallgehäuse, welches auf ein Kühlblech
montiert werden kann. Zudem ist bei fast allen Transistoren mit Metallgehäuse das Gehäuse
selbst der Kollektor-Anschluss. Sie besitzen daher oft auf der Unterseite nur zwei Anschlüsse, Emitter und Basis. Bei kleineren Ausgaben mit Metallgehäuse ist an der Unterseite der
Kollektoranschluss direkt mit dem Gehäuse verbunden. Ein weiterer Bautyp besitzt ein flaches Kunststoffgehäuse, wobei die Rückseite aus Metall und zudem ein zweiter KollektorAnschluss ist. Die drei Anschlussbeine sind auf der Unterseite in einer Reihe angeordnet.
Beim Ersetzen von Transistoren dieser Bauform gilt besondere Vorsicht, sie müssen meist
durch eine Glimmerscheibe vom Kühlblech elektrisch isoliert werden, um Kurzschlüsse auf
Masse zu vermeiden. Gewisse Typen sind von Werk aus isoliert und mit dem Anhang F bezeichnet. Die Wärmeabgabe ist bei den F-Typen jedoch schlechter, als bei zusätzlich durch
Glimmerscheiben isolierten Typen. Sie können dadurch nicht so hoch belastet werden. Um
die Wärmeabgabe des Transistors an das Kühlblech noch zu verbessern, wird meist eine
Schicht Wärmeleitpaste dazwischen aufgetragen. Unterschiede in der Bauart sind nicht nur
äusserlich bedingt, sondern auch im inneren Aufbau vorhanden. So werden die HalbleiterSchichten in verschiedenen Verfahren hergestellt. Wie z.B. das Legierungsverfahren, Diffusionsverfahren oder Ionenimplantationsverfahren (siehe. S. 118, Buch Komm 1).
Funktionsweise:
Kollektorkreis
Gleichspannungsverstärkung:
Die Funktionsweise eines bipolaren Transistors werde ich hier anhand eines NPN-Transitors,
in der Emitter-Grundschaltung erklären. Wie im Bild nebenan zu sehen ist, werden zwei
Spannungsquellen benötigt, um den Transistor zu betreiben. Wobei U2 um einiges grösser
sein muss als U1 und diese wiederum grösser als die DiffusionsspanRC
nung der Basis-Emitter-Sperrschicht.
Die Diffusionsspannung des P-NC
Überganges liegt bei ca. 0,6 V, weil
RB
B
es sich um einen Silicium Transistor
U1
handelt. Ist der Schalter offen, fliesst
E
U2 kein Strom, auch nicht im KollektorEmitter-Stromkreis. Wird der Schalter
geschlossen, fliesst ein kleiner BaIC
sisstrom IB. Dadurch fliesst jetzt
auch ein Kollektorstrom IC und die
RC
Glühbirne leuchtet. Verkleinern wir
den Basiswiderstand, vergrössert
IB
C
sich der Basisstrom, aber auch der
RB
B
Kollektorstrom wird grösser, und die
U1
Glühbirne leuchtet heller. Daraus
Basiskreis
E
U2 ergibt sich, dass sich der Kollektorstrom IC proportional zum Basisstrom IB verhält. IC lässt sich also
durch das verändern von IB steuern.
Doch weshalb reagiert der Transistor so? Um dies erklären zu können, müssen wir einerseits
den Aufbau des Transistors, in Bezug auf die Dicke der Basisschicht, kennen und andererseits das ganze von der Seite der Elektronen-Stromrichtung ansehen. Denn die Elektronen,
fliessen vom Minus- zum Plus-Pol. Durch das anschliessen der Basis-Emitter-Spannung U1
wird die P-N-Sperrschicht am Basis-Emitter-Übergang leitend, da die „Basis-Emitter-Diode“
in Leit-Richtung ist (siehe Diodenersatzschaltbild auf der nächsten Seite).
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Projektarbeit – Der Transistor
Durch diesen Stromfluss beginnen auch
C
aus der Spannungsquelle U2 Elektronen
zu fliessen, so dass durch den Emitter
N
ein Gesamtstrom fliesst. Kommen nun
P
die Elektronen in die Mitte, also in die
B
dünne Basis-Schicht, beginnt auch der
N
U2
positive Kollektor-Pol auf sie zu wirken.
Da die Kollektor-Emitter-Spannung U2
E
U1
um einiges grösser als U1 ist, mag nun
ein Grossteil des Gesamtstromes die
dünne P-N- Sperrschicht des BasisKollektor-Überganges durchdringen. Die „Basis-Kollektor-Diode“ wird also in Sperr-Richtung
leitend. Wenn wir nun den Transistor und die Diodenersatzschaltung vergleichen sehen wir,
weshalb sie in der Praxis nicht funktioniert. Werden zwei Dioden verkehrt in Serie geschalten
liegen zwei P-Schichten aneinander, die zusammen
C
Basis-Kollektoreine dicke P-Schicht, oder eben die Basis bilden
Diode
würden. Doch eben genau diese Basis-Schicht muss
B
sehr dünn sein, damit die Elektronen hindurchwandern können. Erst die spezielle Konstruktion des
Basis-EmitterTransistors ermöglicht seine eben erwähnten EigenDiode
E
schaften.
Wechselspannungsverstärkung:
Da bei der Gleichspannungsverstärkung die Änderung der Eingangsspannung manuell vorgenommen werden muss, ist nun die Verstärkung von Wechselspannungssignalen von Bedeutung. Doch ganz so einfach ist es nicht, mit der Verstärkung von Wechselspannungen
bzw. Wechselströmen. Ein Sinussignal z.B. besitzt eine positive, wie auch einen negative
Halbwelle. Bei einem NPN-Transistor muss die Eingangsspannung UBE positiv sein, damit
der Transistor durchschaltet. Liegt nun eine negative Halbwelle am Eingang, ist der Transistor gesperrt. Es würde so nur jede zweite, oder eben nur die positiven Halbwellen übertragen. Ein unhaltbarer Zustand. Doch auch dieses Problem kann gelöst werden, nämlich indem man dem Wechselspannungssignal eine Gleichspannung überlagert, sodass kein negativer Spannungswert mehr vorkommt. Mit anderen Worten, aus der Wechselspannung wird
eine Mischspannung, eine pulsierende Gleichspannung gemacht. Nun kann das Signal
durch den Transistor gelassen werden, ohne dass danach die Hälfte fehlt. Nun ist das Signal
verstärkt, aber immer noch eine Mischspannung, doch eigentlich wollen wir, wie vorher, eine
Wechselspannung. Zu diesem Zweck wird am Ausgang noch ein Kondensator in Serie geschalten. Er siebt die Gleichspannung heraus, und übrig bleibt die verstärkte, sinusförmige
Wechselspannung.
+U
Ub+
U
R1
Rc
C1
C
B
t
Uein
-U
Wechselspannungssignal
C2
E
R2
Uaus
t
Mischspannungssignal
Verstärkerschaltung
Die Grafik links zeigt die sinusförmige Wechselspannung am Eingang der Verstärkerschaltung, in der Mitte ist das angehobene Signal, wie es über R2 gemessen werden kann. In der
Verstärkerschaltung links wird mit dem Spannungsteiler von R1 und R2 die nötige Basisvorspannung erzeugt, um das Eingangssignal anzuheben.
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Projektarbeit – Der Transistor
Der Koppelkondensator C1 verhindert, dass die Gleichspannung in die vorherige Schaltung
eingreift und Fehler verursacht. Mit C2 wird der Gleichspannungsanteil des Ausgangssignals
herausgesiebt, so dass nun die verstärkte, sinusförmige Wechselspannung am Ausgang
liegt. Der Kollektorvorwiderstand RC, auch Arbeitswiderstand Ra genannt, wirkt mit dem
Transistor zusammen als Spannungsteiler. Würde er fehlen hätten wir am Ausgang des
Transistors immer die gleiche Spannung (Uaus = Ub). Die Ausgangsspannung soll aber
ebenfalls sinusförmig sein. Erst durch verwenden eines Kollektorvorwiderstandes RC kann
sich die Ausgangsspannung verändern, weil die restliche Spannung über RC abfällt. Bei der
Verstärkung von Wechselspannungen lässt sich noch weiteres beobachten. Je nach BasisEmitter-Strom IB verändert sich der Widerstand, der die Halbleiterstrecke zwischen Kollektor
und Emitter darstellt. Diese Widerstandsänderung im Kollektor-Emitter-Stromkreis führt dazu,
dass bei gleichbleibender Spannung Ub, sich auch der Kollektor-Emitter-Strom IC verändert.
Messen wir an den Transistoranschlüssen Kollektor und Emitter die Spannung, sehen wir,
das sie sich verändert. Fliesst ein grosser Strom IC, messen wir eine kleine Spannung, da
der Halbleiterwiderstand des Transistors klein ist. Fliesst nur wenig Strom durch den Transistor, ist sein Widerstand grösser und die Spannung zwischen Kollektor und Emitter ebenfalls.
Die Spannung direkt am Transistor gemessen ist also umgekehrt proportional zum Strom IC.
Damit aber IC gross ist, muss auch IB gross sein, und somit auch die Eingangsspannung
Uein. Steigt also Uein, fällt Uaus und umgekehrt. Daraus ergibt sich, dass die Ausgangsspannung Uaus zur Eingangsspannung Uein um 180° Phasenverschoben ist.
Leistungsverstärkung:
Bei einem Transistor kann nicht wie bei einem Transformator nur Spannung, oder nur Strom
verstärkt werden, sondern beides zusammen. Da der Strom und die Spannung des Kollektor-Emitter-Kreises von der zweiten Spannungsquelle abhängen kann bei einer höheren
Spannung auch ein grösserer Strom fliessen. Das Produkt aus der verstärkten Spannung
und dem dazugehörenden Strom gibt einen Leistung. Diese Leistung ist um einiges Höher
als die Eingangsleistung. Wird z.B. die Spannung um das 10 fache verstärkt, und der Strom
um das 20 fache, erhalten wir das 200 fache an Leistung. Wenn am Eingang bei 1 Volt ein
Strom von 5 mA fliesst ist das eine Leistung von 5 mW. Nun fliessen am Ausgang bei 10 V
aber 100 mA, so gibt das eine Leistung von 1 Watt. Das Verhältnis der Ausgangsleistung zur
Eingangsleistung ist also 200. Die Leistung wird in diesem Beispiel wirklich 200 fach verstärkt.
Abbildungen:
Abb. 1 erster bipolarer Transistor
Abb. 2 Die Erfinder erhielten den Nobelpreis
Lukas Gisin – Arlesheim den 05.08.2005
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Projektarbeit – Der Transistor
Technische Daten:
Die Kennlinie:
Der Transistor besitzt wie viele andere Bauteile ebenfalls eine Kennlinie, aus der wichtige
Werte und Eigenschaften abgelesen werden können. Die Kennlinie des Transistors benötigt
nicht nur den 1. Quadranten, sondern auch den 2. und den 3. Quadranten. Doch zuerst die
einzelnen Kennlinienfelder.
Die Eingangskennlinie:
IB in uA
100
80
60
40
20
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
UBE in V
1
Die Eingangskennlinie gibt den fliessenden
Strom IB in Abhängigkeit Basis-EmitterSpannung UBE an, IB = f( UBE ). Die Linie beginnt zwischen 0,6 V und 0,7 V an zu steigen.
Diese Art der Kennlinie kennen wir schon von
der Diode her, denn die Halbleiterstrecke BasisEmitter ist im Grunde nichts anderes als eine
Diode. Ab ca. 0,7 V bewirkt eine minimale
Spannungsänderung eine grosse Stromänderung. Auch hier muss also je nach Schaltung ein
Vorwiderstand RB verwendet werden, um den
Basisstrom IB zu begrenzen und den Transistor
so vor der sicheren Zerstörung zu bewahren.
Die Stromsteuerkennlinie:
IC in mA
10
UCE = 4 V
8
6
4
2
0
0
20
40
60
80
IB in uA
100
Die Stromsteuerkennlinie gibt des Verhältnis
des Kollektorstromes IC zum Basisstrom IB, bei
einer vorgegebenen Kollektor-Emitter-Spannung
UCE wieder. Es ist zu sehen, dass erst nach
einem gewissen Basisstrom IB ein Kollektorstrom IC anfängt zu fliessen. Dies häng damit
zusammen, dass eine gewisse Steuerleistung
aufgebracht werden muss, bis der Transistor
durchschaltet. Doch diese Leistung ist gering,
und kann meist vernachlässigt werden. In Abhängigkeit von IB kann man den Wert von IC
aus der Kennlinie entnehmen. Es lässt sich sogar der statische Verstärkungsfaktor B aus dem
Verhältnis von IC zu IB ermitteln.
Die Ausgangskennlinie:
IC in mA
IB
10
60 uA
8
50 uA
6
40 uA
4
30 uA
20 uA
10 uA
5 uA
2
0
0
2
4
6
8
10
UCE in V
Lukas Gisin – Arlesheim den 05.08.2005
In der Ausgangskennlinie sind die Ausgangsströme IC in Abhängigkeit von UCE, bei verschiedenen Basisströmen IB eingetragen. Bei
kleineren Basisströmen steigt IC ab einer gewissen Spannung nicht mehr an, der Ausgangsstrom IC ist hier konstant. Wird IB grösser
verläuft auch IC nicht mehr konstant. Bei 60 A
Basisstrom steigt in nebenstehender Grafik IC
um 1 mA wenn UCE zwischen 2 V und 10 V
wechselt. Bei 5 A bleibt IC bei ca. 300 A konstant. Unter anderem wird speziell diese
Eigenschaft des Transistors ausgenützt (siehe
auch Kap. „Verwendung“).
8
Projektarbeit – Der Transistor
IC in mA
100 uA
14
UCE = 5 V
90 uA
12
80 uA
70 uA
10
8
A
A
6
IB in uA
100
80
60
40
60 uA
50 uA
ausgangsseitiger
Arbeitspunkt
40 uA
4
30 uA
2
20 uA
10 uA
5 uA
20
2
4
6
8
10
UCE in V
0,60
0,65
eingangsseitiger
Arbeitspunkt
A
0,70
UBE in V
So sieht es aus, wenn man diese drei Kennlinien umzeichnet und zusammenfügt. Unten
links ist die Eingangskennlinie angeordnet, oben links die Stromsteuerkennlinie und oben
rechts die Ausgangskennlinie. Nur der kurze Bogen, indem sich viel verändert ist hier wichtig. Es wird ein sog. Arbeitspunkt festgelegt, bei welchem der Transistor betrieben werden
soll. Anhand von Übertragungen in die anderen Kennlinienfelder lassen sich weitere Werte
ablesen. Bei ca. einer Basis-Emitterspannung UBE von 0,68 V fliesst ein Basisstrom IB von
50 A. Weiter läst sich ablesen, dass dann ein Kollektorstrom IC von 7 mA fliesst, unter der
Voraussetzung, dass UCE = 5 V ist. Vollenden wir die Ableitungen, so treffen wir in der Ausgangskennlinie wider auf den Basisstrom IB von 50 A und dies bei einer KollektorEmitterspannung UCE von 5 V. In den Datenblättern zu Transistoren sind noch viele weitere
Linien und Werte eingezeichnet, die weiteren Aufschluss über die Eigenschaften des Transistors geben. All diese Informationen dienen dazu die Transistorschaltung zu dimensionieren. Oft ist im Ausgangskennlinienfeld noch Ptot, die Hyperbel der Maximalleistung eingetragen, sie darf nicht überschritten werden, sonst kann der Transistor zerstört werden. Mit weiteren Angaben kann man z.B. die grösse der Vorwiderstände ermitteln. Doch dies werde ich
an dieser Stelle nicht weiter Erläutern.
Lukas Gisin – Arlesheim den 05.08.2005
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Projektarbeit – Der Transistor
Bezeichnung:
Transistoren werden im Prinzip gleich Bezeichnet wie Dioden. Zuerst zwei Buchstaben und
danach zwei bis vier Ziffern. In speziellen Fällen können es auch drei Buchstaben am Anfang
sein. Der erste Buchstabe gibt Auskunft über das Grundmaterial, der zweite über die Anwendung des Transistors. Diese Art der Kennzeichnung gilt jedoch nur in Europa. In Amerika
werden alle Transistoren am Anfang mit 2N.... und nachfolgenden Ziffern bezeichnet.
Erster Buchstabe:
Zweiter Buchstabe:
A = Germanium
B = Silicium
C = Gallium-Arsenid
C = Kleine NF-Leistung
D = Grosse NF-Leistung
F = Kleine HF-Leistung
L = Grosse HF-Leistung
N = Fotokoppler
S = Schalttransistor für kleine Leistungen
U = Schalttransistoren für grosse Leistungen
Ein BUT12 z.B. ist also ein Silicium Transistor um grosse Leistungen zu schalten. Man findet
ihn z.T. in Netzteilen von Röhrenfernsehern. Es gibt auch oft Ersatztypen, die jeweils wieder
etwas anders bezeichnet sind. Wie beispielsweise der BUT12A, er hat die gleichen Eigenschaften wie der BUT12. Der BUT12AF hingegen ist von der Konstruktion her anders. Bei
ihm ist die Seite mit dem Metallplättchen, welches ein zweiter Kollektoranschluss darstellt,
isoliert. Der Anhang F steht also für isoliert. Je nach Anwendung ist speziell darauf zu achten, ob ein F-Typ, oder nicht verwendet wird (siehe auch Kap. „Aufbau“).
Berechnungs-Formeln:
C
C
UCB
B
IC
IB
UCE
B
UBE
IE
E
E
UCE = UBE + UCB
IE = IB + IC
Statische Verstärkung: (Gleichstromverstärkungsfaktor)
Formelzeichen: B
Einheit: keine
B=
IC
IB
Weitere Verstärkungen:
Spannungsverstärkung: Vu =
UCE
UB
,
Stromverstärkung: Vi =
IC
IB
Leistungsverstärkung: Vp = VU ⋅ VI
Maximalleistung: Ptot = UCE ⋅ IC + UBE ⋅ IB
Lukas Gisin – Arlesheim den 05.08.2005
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Projektarbeit – Der Transistor