Ein npn-Transistor besteht aus drei Schichten von dotiertem Halbleitermaterial (meist Silizium) die zwischen zwei Anschlüssen dem Emitter und dem Kollektor angeordnet sind. Die mittlere Schicht wird als Basis bezeichnet. Die Funktion des npn-Transistors beruht auf der Steuerung des Stromflusses durch die Basis-Emitter-Strecke.
Der Transistor benötigt zunächst eine Betriebsspannung zwischen dem Emitter und dem Kollektor, zu diesem Zweck ein Strom durchfließen kann. Die Basis dient dann als Ventil, das sich öffnet, wenn die Spannung zwischen Emitter und Basis größer als etwa 0⸴7 Volt ist. In diesem Zustand kann ein Strom von der Basis zum Emitter fließen.
Wenn die Basis-Emitter-Spannung kleiner als 0⸴7 Volt ist, sperrt der Transistor und lässt keinen Stromfluss zu. Daher ist die Basis-Emitter-Strecke deckungsgleich eine Diode die bei einer bestimmten Sperrspannung durchlässig wird. Bei npn-Transistoren beträgt diese Sperrspannung etwa 0⸴7 Volt für Silizium.
Wenn die Emitter-Basis-Spannung größer als 0⸴7 Volt ist, schaltet der Transistor durch und ermöglicht den Stromfluss zwischen dem Kollektor und dem Emitter. Dabei hängt die Stromstärke vom Basisstrom ab der den Kollektorstrom verstärkt. Der Verstärkungsfaktor wird als Beta-Wert bezeichnet.
Es ist wichtig anzumerken, dass der Transistor nur dann durchschaltet, wenn an der Basis-Emitter-Strecke eine Spannung anliegt die größer als 0⸴7 Volt ist. Eine kleine Basis-Emitter-Stromstärke führt zu einem identisch größeren Kollektor-Emitter-Strom, abhängig von dem Beta-Wert. Der Transistor kann deshalb als einfacher Verstärker verwendet werden.
Das Umkehren der Polarität des npn-Transistors, also das Anlegen einer negativen Spannung an den Emitter und einer positiven Spannung an die Basis, würde nicht funktionieren. In diesem Fall wäre die Sperrspannung zu hoch und der Transistor würde sperrt bleiben. Überschreitet die Spannung einen kritischen Wert, kann es sogar dazu kommen: Die Kontakte des Transistors verschweißt werden.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass ein npn-Transistor durchschaltet, wenn die Differenz zwischen Basis und Emitter größer als etwa 0⸴7 Volt ist. Ein größerer Basisstrom führt zu einer Verstärkung des Kollektorstroms, solange der Transistor nicht gesättigt ist. Die Funktionsweise des npn-Transistors basiert auf dem Verhalten von Dioden und ist eng mit der Halbleiterelektronik verwandt.
Funktionsweise eines npn-Transistors erklärt
Wie funktioniert ein npn-Transistor und wie schaltet er durch?