{"id":52552,"date":"2023-01-23T08:26:32","date_gmt":"2023-01-23T07:26:32","guid":{"rendered":"https:\/\/botland.com.pl\/blog\/tranzystory-bipolarne-jak-to-dziala\/"},"modified":"2023-09-04T14:47:58","modified_gmt":"2023-09-04T12:47:58","slug":"bipolare-transistoren-was-sind-sie-wie-funktionieren-sie-erlaeuterung-fuer-anfaenger","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/botland.de\/blog\/bipolare-transistoren-was-sind-sie-wie-funktionieren-sie-erlaeuterung-fuer-anfaenger\/","title":{"rendered":"Bipolare Transistoren – was sind sie? Wie funktionieren sie? Erl\u00e4uterung f\u00fcr Anf\u00e4nger"},"content":{"rendered":"Lesezeit<\/span> 10<\/span> min.<\/span><\/span>\t\t
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Nur wenige Elektroniker k\u00f6nnen sich heute noch an die Zeit erinnern, als ein einfacher bipolarer Transistor<\/a> ein teures Gut war und die Elektronik – ob f\u00fcr Audio-, Steuer-, Medizin- oder Messger\u00e4te – untrennbar mit Elektronenr\u00f6hren verbunden war. <\/b><\/p>\n

Nach der Erfindung und Popularisierung des bipolaren Transistors setzte ein gewaltiger Technologiesprung ein, der weitreichende Folgen hatte. Bald nachdem sich diskrete (einzelne) Transistoren in der Elektronik “etabliert” hatten, kam es zu einer Ausweitung immer komplexerer integrierter Schaltungen.<\/a><\/b> Sie alle enthielten haupts\u00e4chlich Transistoren in ihrer Struktur. <\/p>\n

Wie sieht ein Transistor aus? Er wird aus einer einzigen Siliziumscheibe hergestellt, die in einem komplexen technologischen Prozess ge\u00e4tzt wird. Dies geschieht in R\u00e4umen von einer Reinheit, wie sie in anderen Bereichen der Technik nicht zu finden ist. So ist es bis heute geblieben – obwohl diese Bauelemente l\u00e4ngst den in vielerlei Hinsicht \u00fcberlegenen Feldeffekttransistoren (vor allem MOSFETs<\/b><\/a>) Platz gemacht haben, sind die guten alten bipolaren Transistoren immer noch stark. Ihnen haben wir diesen Artikel gewidmet. Wenn Sie gerade erst mit der Elektronik beginnen, erfahren Sie hier, wie ein Transistor funktioniert (mit anderen Worten: was er tut), wof\u00fcr er verwendet wird und wie man ihn in allen m\u00f6glichen Anwendungen anschlie\u00dft. <\/p>\n

Wenn Sie sich f\u00fcr unipolare Transistoren interessieren, werfen Sie einen Blick auf die unten stehenden Kacheln.<\/p>\n

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\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tTransistoren - Pr\u00fcfen Sie das Angebot<\/span>\n\t\t\t\t\t<\/span>\n\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Elektronik<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t
Kompendium<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t<\/div>\t\t
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\n\t\t\t\n\t\t\t\tUnipolare Transistoren (MOSFETs) – was sind sie? Wie funktionieren sie? Erl\u00e4uterung f\u00fcr Anf\u00e4nger\t\t\t<\/a>\n\t\t<\/h3>\n\t\t\n\t\t\n\t\t\tLese mehr \u00bb\t\t<\/a>\n\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/article>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Unipolare MOSFET-Transistoren<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Wenn wir die Funktion und den Zweck eines Bipolartransistors in einem kurzen Satz definieren sollten, w\u00fcrde das so klingen:<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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“Ein Bipolartransistor ist ein Halbleiterelement mit drei Anschl\u00fcssen, das den Strom verst\u00e4rken kann.<\/h3>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Aber was bedeutet es, dass das Bauteil (oder die Schaltung) das Signal verst\u00e4rkt? Dieser Satz sollte nicht so verstanden werden, dass unser Transistor irgendwie auf magische Weise Energie “hinzuf\u00fcgt”, indem er z. B. einen Ausgangsstrom von einem Ampere erzeugt, wenn er mit einem niedrigeren Strom versorgt wird. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Transistor - Funktionsprinzip\n\n<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Die Wahrheit sieht anders aus: Der Transistor “durchl\u00e4sst” einen h\u00f6heren Strom (von der Stromversorgung), wenn er mit einem viel geringeren Strom angesteuert wird. Auf diese Weise ist es m\u00f6glich, eine Last (z. B. einen Aktor – Relais<\/a><\/b>, Motor, Magnet, Gl\u00fchbirne oder LED<\/a><\/b>) mit einem kleinen Strom zu steuern, der z. B. \u00fcber einen Mikrocontroller<\/a><\/b>-Anschluss zugef\u00fchrt wird. Mit einigen Schaltungstricks ist es m\u00f6glich, mit einem bipolaren Transistor einen sehr guten Audio-Vorverst\u00e4rker oder sogar… einen soliden Leistungsverst\u00e4rker zu bauen. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Bevor wir jedoch zu einer Beschreibung konkreter Anwendungen \u00fcbergehen, wollen wir unsere Hauptfigur etwas besser kennenlernen. Dazu geh\u00f6ren seine Anatomie sowie seine F\u00e4higkeiten und… einige Nachteile, die – trotz der Entwicklung der Halbleitertechnologie – leider nicht ausgerottet werden konnten. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Aufbau eines bipolaren Transistors\n\n<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Bipolartransistoren enthalten in ihrem Geh\u00e4use eine Silizium- (fr\u00fcher Germanium-) Scheibe, deren Struktur w\u00e4hrend des Herstellungsprozesses durch eine so genannte Dotierung – d.h. eine Ver\u00e4nderung der Mikrostruktur des Grundmaterials – so ver\u00e4ndert wurde, dass drei nebeneinander liegende Bereiche entstehen, die sich in der Art der Stromtr\u00e4ger unterscheiden. Haben die beiden \u00e4u\u00dferen Bereiche einen \u00dcberschuss an Elektronen (d.h. negativen Ladungen) und der mittlere Bereich einen \u00dcberschuss an so genannten “L\u00f6chern” (d.h. positiven Ladungen), spricht man von einem NPN-Transistor. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Andernfalls haben wir es mit einem PNP-Transistor zu tun, der sich von seinem Vorg\u00e4nger dadurch unterscheidet, dass alle Str\u00f6me, die durch ihn flie\u00dfen, und die Spannungen, die an den Transistoranschl\u00fcssen anliegen, genau entgegengesetzt gerichtet sind. Die Struktur des Transistors kann man sich wie ein Sandwich vorstellen, bei dem sich eine d\u00fcnne Scheibe Schinken oder K\u00e4se zwischen zwei Brotscheiben befindet. Schauen wir uns das folgende Diagramm an, das uns viel \u00fcber Transistoren verr\u00e4t, noch bevor wir die wichtigsten Eigenschaften und Parameter kennen. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Hier ist die Form eines bipolaren Transistors, die Sie vielleicht schon einmal gesehen haben. Ein Bipolartransistor besteht aus drei Schenkeln: E - der Emitter des Transistors (1), B - die Basis des Transistors (2), C - der Kollektor des Transistors (3). <\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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Eine solche triviale Analogie macht Sinn – der zentrale Bereich in der Struktur eines bipolaren Transistors ist im Vergleich zu den beiden ihn umgebenden Bereichen tats\u00e4chlich sehr d\u00fcnn. Der zentrale Bereich, der mit der Leitung des Transistors verbunden ist, ist die Basis,<\/b> w\u00e4hrend die beiden umgebenden Bereiche der Emitter<\/b> und der Kollektor<\/b> sind. Zwischen jedem Bereich (Kollektor und Basis und Emitter und Basis) gibt es \u00dcbergangsbereiche. Diese werden als P-N-\u00dcberg\u00e4nge bezeichnet und unterscheiden sich nicht wesentlich von den \u00dcberg\u00e4ngen bei gew\u00f6hnlichen Gleichrichterdioden. Daher kann der Transistor vereinfacht mit zwei Dioden modelliert werden, die \u00fcber Anoden (im Falle eines NPN-Transistors) oder Kathoden (PNP) miteinander verbunden sind. <\/span><\/p>\n

Funktioniert dieses Modell einfach? Wir k\u00f6nnen dies leicht \u00fcberpr\u00fcfen, indem wir die Durchgangsspannung zwischen den entsprechenden Anschl\u00fcssen des Transistors mit der entsprechenden Funktion (mit einem Diodensymbol gekennzeichnet) messen, die in fast jedem <\/span>Digitalmultimeter<\/a><\/b> verf\u00fcgbar ist – In der Vergangenheit wurde zu diesem Zweck erfolgreich ein einfaches Ohmmeter verwendet.<\/span><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Messger\u00e4te - Strommessger\u00e4te, Multimeter, Oszilloskope, Sonden, Spannungsanzeiger<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Funktionsprinzip eines bipolaren Transistors\n<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Das Diodenmodell – auch wenn es in Bezug auf die Polarit\u00e4t der einzelnen Anschl\u00fcsse g\u00fcltig ist – erkl\u00e4rt jedoch nicht, wie der Transistor tats\u00e4chlich funktioniert. Obwohl die Funktionsweise eines Transistors (wie bei allen anderen Halbleiterelementen) in Wirklichkeit auf ziemlich komplizierten und schwierigen Ph\u00e4nomenen der so genannten Festk\u00f6rperphysik beruht, die durch eine Reihe mathematischer Formeln und Gleichungen beschrieben werden, k\u00f6nnen wir uns eine gewisse Vereinfachung erlauben. Gehen wir davon aus, dass ein Transistor geschlossen sein kann (in diesem Fall flie\u00dft praktisch kein Strom zwischen Emitter und Kollektor) oder offen (der Strom flie\u00dft ohne gro\u00dfe Behinderung). Um einen Transistor zu \u00f6ffnen, muss sein Basis-Emitter-\u00dcbergang polarisiert werden, d. h. es muss die Spannung angelegt werden, die notwendig ist, um den Transistor – auch nur teilweise – zu \u00f6ffnen. Bekanntlich liegt bei einer Siliziumdiode die Leitspannung (d. h. die Spannung, die zwischen Anode und Kathode auftritt, wenn Strom durch die Diode flie\u00dft) zwischen 0,5 V und 0,8 V. Nicht anders verh\u00e4lt es sich bei bipolaren Transistoren – auch hier liegt im offenen Zustand des Transistors zwischen Basis und Emitter eine Spannung von etwa 0,6 V an. Wenn der Basis-Emitter-\u00dcbergang richtig gepolt ist, kann durch den Kollektor-Emitter-Kreis ein Strom flie\u00dfen, der um ein Vielfaches gr\u00f6\u00dfer ist als der Strom, der durch den Basis-Emitter-\u00dcbergang flie\u00dft. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Betriebszust\u00e4nde eines bipolaren Transistors\n\n<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Der Transistor kann sich in vier verschiedenen Zust\u00e4nden befinden. <\/span><\/p>\n

Die Betriebszust\u00e4nde des Transistors werden f\u00fcr verschiedene Anwendungen genutzt.<\/span><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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