Transistor
Der bipolare Transistor - Grundlagen für die Amateurfunkprüfung
Der Transistor ist eines der wichtigsten elektronischen Bauelemente. Diese Lerneinheit behandelt den bipolaren Transistor (BJT) mit seinen Anschlüssen Emitter, Basis und Kollektor. Feldeffekttransistoren (FET) mit Gate, Source und Drain werden separat behandelt.
Was ist ein Transistor?
Frage EC602: Ein Transistor ist ein Halbleiterbauelement. Das bedeutet, er besteht aus einem Material (meist Silizium), dessen Leitfähigkeit zwischen Leiter und Nichtleiter liegt.
Frage EC601: Ein Transistor kann vielseitig eingesetzt werden als:
- Schalter - schaltet Ströme ein und aus (digital: 0/1)
- Verstärker - verstärkt schwache Signale
- Steuerbarer Widerstand - regelt Stromfluss stufenlos
💡 Merke: Der Transistor ist kein Transformator (wandelt Spannungen um), kein Kondensator (speichert Ladung) und keine Diode (hat nur zwei Anschlüsse).
Die drei Anschlüsse des Transistors
Frage EC608: Ein bipolarer Transistor hat genau drei Anschlüsse:
| Anschluss | Englisch | Funktion |
|---|---|---|
| Emitter (E) | to emit = aussenden | Sendet Ladungsträger aus |
| Basis (B) | Base | Steuerelektrode (dünn!) |
| Kollektor (C) | to collect = sammeln | Sammelt Ladungsträger ein |
Frage EC609: Im Schaltzeichen ist der Emitter am Pfeil erkennbar. Die Pfeilrichtung zeigt die konventionelle Stromrichtung.
Frage EC609: 1 = Kollektor (oben), 2 = Basis (links), 3 = Emitter (unten, mit Pfeil)
NPN- und PNP-Transistoren
Frage EC604: Es gibt zwei Typen bipolarer Transistoren: NPN und PNP. Die Buchstaben beschreiben den Aufbau aus unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten.
So erkennst du NPN und PNP am Schaltzeichen:
NPN-Transistor
Pfeil zeigt von der Basis weg (nach außen)
Eselsbrücke: „NPN = Pfeil Nach außen"
PNP-Transistor
Pfeil zeigt zur Basis hin (nach innen)
Eselsbrücke: „PNP = Pfeil zeigt Punktgenau rein"
Fragen EC605, EC606, EC607: Mit diesen Eselsbrücken kannst du in der Prüfung sofort erkennen, welcher Transistortyp abgebildet ist.
Die Stromverstärkung
Frage EC603: Die Stromverstärkung ist die Haupteigenschaft des Transistors:
Kernprinzip: Mit einem geringen Basisstrom wird ein großer Kollektorstrom gesteuert.
Das Verhältnis nennt man Stromverstärkungsfaktor $B$:
$\displaystyle B = \frac{I_C}{I_B}$
Typische Werte liegen bei 50 bis 350. Das bedeutet: Fließt 1 mA durch die Basis, können 50-350 mA durch den Kollektor fließen!
Warum ist die Antwort „Basisstrom → Kollektorstrom" richtig?
- Der Basisstrom ist der Steuerstrom (klein)
- Der Kollektorstrom ist der gesteuerte Strom (groß)
- Der Emitterstrom ist die Summe aus beiden
Welcher Anschluss führt den größten Strom?
Frage EC611: Im leitenden Zustand fließt durch den Emitter der größte Strom!
Das ergibt sich aus der Kirchhoff'schen Knotenregel:
$I_E = I_C + I_B$
Da der Emitter sowohl den Kollektorstrom als auch den Basisstrom aufnehmen bzw. abgeben muss, fließt durch ihn immer etwas mehr als durch den Kollektor.
💡 Beispiel: Bei $I_C = 100\,\text{mA}$ und $I_B = 1\,\text{mA}$ ist $I_E = 101\,\text{mA}$.
Die Basis-Emitter-Spannung $U_{BE}$
Frage EC610: Damit ein Silizium-Transistor leitet, muss die Spannung zwischen Basis und Emitter ca. 0,5-0,7 V betragen (typisch 0,6 V, temperatur- und stromabhängig).
| Transistortyp | Bedingung für Leitung |
|---|---|
| NPN | Basis muss ca. 0,6 V positiver als Emitter sein |
| PNP | Basis muss ca. 0,6 V negativer als Emitter sein (also $U_{BE} = -0{,}6\,\text{V}$) |
Warum ist „0,6 V oder -0,6 V" falsch? Die Frage bezieht sich auf einen bestimmten Transistortyp. Bei einem NPN-Transistor muss $U_{BE}$ positiv sein (+0,6 V), bei einem PNP negativ (-0,6 V) - aber nicht beides gleichzeitig!
Wann fließt Kollektorstrom? (Spannungsmessungen)
Fragen EC612-EC615: In der Prüfung werden dir Transistoren mit gemessenen Spannungen an den Anschlüssen gezeigt. Du musst entscheiden, bei welchem Transistor Kollektorstrom fließt.
💡 Vereinfachtes Prüfungsmodell: Für die Prüfung reicht es, nur $U_{BE}$ zu prüfen. In der Praxis müssen zusätzlich die Kollektor-Emitter-Spannung und die Beschaltung passen.
So gehst du vor:
- Transistortyp erkennen: NPN (Pfeil nach außen) oder PNP (Pfeil nach innen)?
- Spannung $U_{BE}$ berechnen: $U_{BE} = U_B - U_E$
- Prüfen:
- NPN leitet wenn: $U_{BE} \approx +0{,}6\,\text{V}$ (Basis positiver als Emitter)
- PNP leitet wenn: $U_{BE} \approx -0{,}6\,\text{V}$ (Basis negativer als Emitter)
📝 Beispielrechnung (NPN-Transistor):
Gegeben: $U_B = +2{,}0\,\text{V}$, $U_E = +1{,}4\,\text{V}$, $U_C = +5{,}6\,\text{V}$
$U_{BE} = U_B - U_E = 2{,}0\,\text{V} - 1{,}4\,\text{V} = +0{,}6\,\text{V}$ ✓
Die Basis ist 0,6 V positiver als der Emitter → Der NPN-Transistor leitet!
Frage EC612: NPN mit $U_{BE} = 2{,}0\,\text{V} - 1{,}4\,\text{V} = 0{,}6\,\text{V}$ → leitet
Schnellcheck für die Prüfung:
| Transistortyp | Leitet wenn... | Sperrt wenn... |
|---|---|---|
| NPN | $U_B - U_E \approx +0{,}6\,\text{V}$ | $U_B \leq U_E$ oder $U_B - U_E < 0{,}5\,\text{V}$ |
| PNP | $U_B - U_E \approx -0{,}6\,\text{V}$ | $U_B \geq U_E$ oder $U_E - U_B < 0{,}5\,\text{V}$ |
Zusammenfassung für die Prüfung
| Frage | Thema | Richtige Antwort |
|---|---|---|
| EC601 | Einsatzmöglichkeiten | Transistor (Schalter, Verstärker, Widerstand) |
| EC602 | Was ist ein Transistor? | Halbleiterbauelement |
| EC603 | Stromverstärkung | Kleiner Basisstrom → großer Kollektorstrom |
| EC604 | Bipolare Transistoren | NPN- und PNP-Transistoren |
| EC605 | Schaltzeichen bipolar | Erkenne am Pfeil (nicht Diode/FET) |
| EC606 | NPN erkennen | Pfeil von Basis weg (nach außen) |
| EC607 | PNP erkennen | Pfeil zur Basis hin (nach innen) |
| EC608 | Anschlussbezeichnungen | Emitter, Basis, Kollektor |
| EC609 | Anschlüsse zuordnen | 1 = Kollektor, 2 = Basis, 3 = Emitter |
| EC610 | Schwellspannung $U_{BE}$ | 0,6 V (Silizium) |
| EC611 | Größter Strom fließt durch... | Emitter ($I_E = I_C + I_B$) |
| EC612-615 | Kollektorstrom erkennen | $U_{BE}$-Check: +0,6 V (NPN) bzw. −0,6 V (PNP) |
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Bei diesem Bauelement handelt es sich um einen
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Durch welchen Transistoranschluss fliesst im leitenden Zustand der größte Strom?
In einer Schaltung wurden die Spannungen der Transistoranschlüsse gegenüber Massepotential gemessen. Bei welchem der folgenden Transistoren fließt Kollektorstrom?
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