Ein Bipolartransistor ist ein steuerbares Halbleiterbauelement mit drei Anschlüssen: Basis (B), Kollektor (C) und Emitter (E). Er dient zur Stromverstärkung, Schaltung und Signalverarbeitung.
Bauformen: NPN und PNP
Es gibt zwei Grundtypen:
- NPN: Elektronen werden von Emitter → Kollektor transportiert.
- PNP: Löcher werden von Emitter → Kollektor transportiert.
In Schaltplänen gilt die Faustregel: Pfeil zeigt vom P zum N.
Grundprinzip der Verstärkung
Ein kleiner Basisstrom steuert einen deutlich größeren Kollektorstrom:
\[ I_C = B \cdot I_B \]
Dabei ist:
- \(B\): Gleichstromverstärkung
- \(I_B\): Basisstrom
- \(I_C\): Kollektorstrom
Betriebsbereiche des Transistors
- Sperrbereich: Basis-Emitter-Sperrung, Transistor „aus“.
- Aktiver Bereich: Verstärkerbetrieb (lineare Kennlinie).
- Sättigung: Transistor voll eingeschaltet, ähnlich wie ein Schalter.
Basis–Emitter-Strecke
Die BE-Strecke verhält sich wie eine Diode mit:
\[ U_{BE} \approx 0.7\,\text{V (Si)} \]
Strombeziehungen
Für den Transistor gilt immer:
\[ I_E = I_C + I_B \]
und mit der Verstärkung:
\[ I_C \approx B \cdot I_B \]
Schaltbetrieb (Digitalbetrieb)
Der BJT kann auch als einfacher Schalter genutzt werden:
- Aus (0): \(I_B = 0\), Transistor sperrt
- Ein (1): Transistor in Sättigung, typischerweise: \[ U_{CE(\text{sat})} \approx 0.1\text{–}0.2 \,\text{V} \]
Typische Gleichung im Sättigungsbetrieb
Für sichere Sättigung wird ein verstärkter Basisstrom genutzt:
\[ I_B = \frac{I_C}{B_\text{forced}} \]
wobei \(B_\text{forced} < B\) (z. B. 10 statt 100).
Beispiel: Einfache Transistorschaltung (NPN-Schalter)
Wenn die Basis mit einer Spannung von \[ U_{BE} \approx 0.7\,\text{V} \] vorwärts betrieben wird, fließt ein Basisstrom:
\[ I_B = \frac{U_{IN} – 0.7}{R_B} \]
und der Schaltstrom:
\[ I_C = \beta \cdot I_B \]
Anwendungen von BJTs
- Verstärker (Audio, HF, Kleinsignal)
- Schaltstufen (Mikrocontroller, Relais)
- Stromspiegel
- Oszillatoren
- Digitalschaltungen
Merksatz: Die Basis-Emitter-Strecke verhält sich wie eine Diode; der Kollektorstrom ist etwa \(B\)-mal größer als der Basisstrom.