Ein npn-Transistor, das Rückgrat vieler elektronischer Geräte ist ein faszinierendes Stück Technik. Er besteht aus drei Schichten von Halbleitermaterial - typischerweise aus Silizium. Diese Schichten haben unterschiedliche Dotierungen. Der Emitter und der Kollektor sind zwei Anschlüsse die verbunden sind. Die dazwischen liegende Schicht nennt man Basis.
Um zu verstehen, ebenso wie der npn-Transistor funktioniert, sind einige Grundlagen essenziell. Zuerst benötigt er eine Betriebsspannung zwischen dem Emitter und dem Kollektor um aktiv zu werden. Die Basis funktioniert gewissermaßen als Ventil. Wird die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter höher als etwa 0⸴7 Volt, öffnet sich das Ventil. Ein Stromfluss ist dann möglich der von der Basis in Richtung Emitter strömt.
Die Empfindlichkeit des Transistors ist bemerkenswert. Liegt jedoch die Basis-Emitter-Spannung unterhalb von 0⸴7 Volt, stoppt er den Stromfluss. An dieser Stelle ist die Basis-Emitter-Strecke so gestaltet wie eine Diode. Diese wird nur bei einer bestimmten Sperrspannung durchlässig. Bei Silizium-Transistoren liegt diese Sperrspannung konsequent bei rund 0⸴7 Volt.
Überschreiten die Spannungen den kritischen Wert, geschieht etwas Faszinierendes. Der Transistor kann nun den Fluss zwischen Kollektor und Emitter ermöglichen. Die Stromstärke ist hierbei maßgeblich vom Basisstrom abhängig. Der Kollektorstrom wird infolgedessen verstärkt. Dieser Verstärkungsfaktor wird Beta-Wert genannt.
Wichtig ist zu wissen: Dass ohne die erforderliche Spannung zwischen Basis und Emitter der Transistor nicht durchschaltet. Das heißt - nur der Einfluss des Basisstromes erhöht den Kollektorstrom. Eine niedrige Basis-Emitter-Stromstärke kann zu einem erhöhten Kollektorstrom führen.
Doch was passiert, wenn die Polaritäten vertauscht werden? Sollte eine negative Spannung an den Emitter angelegt werden und eine positive an die Basis, wird der Transistor nicht funktionieren. In solchen Fällen bleibt die Sperrspannung zu hoch der Transistor bleibt gesperrt. Sollte die Spannung einen kritischen Punkt überschreiten, könnte es sogar zu einem „Schweißen“ der Kontakte des Transistors kommen.
Zusammenfassend zeigt sich: Ein npn-Transistor funktioniert verlässlich, wenn die Differenz zwischen Basis und Emitter über 0⸴7 Volt liegt. Der Basisstrom kontrolliert die Verstärkung des Kollektorstroms, solange der Transistor in einem nicht gesättigten Zustand bleibt. Seine Funktionsweise ist eng verbunden mit dem Verhalten von Dioden. Ein elementarer Bestandteil der Halbleiterelektronik und essenziell in der modernen Schaltungstechnik.
Funktionsweise eines npn-Transistors erklärt
Wie funktioniert ein npn-Transistor und wodurch wird der Stromfluss gesteuert?