Was ist ein Leistungstransistor?
Leistungstransistoren sind Transistoren mit einer zulässigen Leistung von 1 W oder mehr im Betrieb.
Sie werden in elektrischen Geräten verwendet, die mit großen Strömen betrieben werden. Die Hauptaufgaben von Leistungstransistoren sind die Stromverstärkung, das Schalten und die Gleichrichtung von Wechselstrom.
Aufgrund der großen Ströme, die sie verarbeiten, erzeugen sie während des Betriebs viel Wärme, und einige Produkte haben Gehäuse aus hitzebeständigem Metall oder verfügen über begleitende Rippen zur Wärmeableitung. Es gibt verschiedene Arten von Leistungstransistoren, von denen bipolare Leistungstransistoren, MOSFETs und IGBTs typische Beispiele sind.
Anwendungen von Leistungstransistoren
Leistungstransistoren werden für Anwendungen wie das Schalten und die Stromverstärkung in elektrischen Geräten verwendet, die einen hohen Betriebsstrom benötigen. Typische Anwendungen sind Haushaltsgeräte wie Klimaanlagen, Kühlschränke und Waschmaschinen, Solarstromerzeugung und Elektrofahrzeuge.
Je nach Anwendung müssen die zulässige Stromstärke und Spannung, die während des Betriebs erzeugte Wärme und die Größe berücksichtigt werden. Bei Produkten, die mit hoher Präzision arbeiten müssen, sind auch die Schaltgeschwindigkeit und andere Faktoren zu berücksichtigen, z. B. die Schaltgeschwindigkeit des durch den Stromkreis fließenden Stroms und die Verstärkung des Stroms.
Funktionsweise von Leistungstransistoren
Die Funktionsweise von Leistungstransistoren hängt vom Typ ab, z. B. von Bipolartransistoren, MOSFETs und IGBTs.
1. Bipolartransistor
Ein Bipolartransistor ist ein Transistor mit einer Struktur, die aus drei miteinander verbundenen Schichten von N- und P-Halbleitern besteht. Die Halbleiter, aus denen der Bipolartransistor besteht, haben Anschlüsse, die aus jedem Halbleiter herauskommen und als Basis, Emitter und Kollektor bezeichnet werden.
Fließt ein Strom durch die Basis, während an Emitter und Kollektor Spannung anliegt, fließt ein großer Strom zwischen Emitter und Kollektor.
2. MOSFET
Ein MOSFET ist ein Transistor, der ähnlich aufgebaut ist wie ein Bipolartransistor. Die Anschlüsse werden als Source, Drain und Gate bezeichnet.
Wenn eine Spannung an das Gate angelegt wird, fließt ein Strom zwischen Source und Drain. Aufgrund ihrer hohen Schaltgeschwindigkeit werden diese Transistoren in Produkten eingesetzt, die eine schnelle Steuerung erfordern.
3. IGBT
IGBTs sind Transistoren mit einer ähnlichen Struktur wie die beiden oben genannten Transistoren. Die Anschlüsse werden als Gate, Emitter und Kollektor bezeichnet.
Die Struktur ist eine Kombination aus Emitter und Kollektor eines bipolaren Transistors und dem Gate eines MOSFETs. Es handelt sich um einen flexiblen Transistortyp, der die Vorzüge der beiden oben genannten Transistoren vereint.
Arten von Leistungstransistoren
Es gibt zwei Haupttypen von Leistungstransistoren, nämlich Bipolartransistoren und Feldeffekttransistoren. Der Begriff Transistor bezieht sich im Allgemeinen auf Bipolartransistoren.
1. Bipolartransistor
Bipolartransistoren sind stromgesteuerte Bauelemente. Es gibt NPN- und PNP-Typen, je nachdem, wie die Halbleiter gestapelt sind. Sie haben im Allgemeinen drei Anschlüsse, zwei Pfade für den Ausgangsstrom (Eingang und Ausgang) und einen Eingang, der den Ausgangsstrom steuert.
Üblich sind Schaltungen mit geerdetem Emitter, bei denen das Eingangssignal an der Basis (B), die + Versorgung am Kollektor (C) und der Emitter (E) geerdet sind. Der Gleichstrom-Verstärkungsfaktor von Bipolartransistoren wird als β oder hFE ausgedrückt und liegt zwischen zehn und 200. Leistungstransistoren mit Darlington-Schaltung sind ebenfalls in der Lage, β zu erzielen (hier liegt β im Bereich von Hunderten bis Tausenden).
2. Feldeffekttransistoren
Feldeffekttransistoren hingegen sind spannungsgesteuerte Bauelemente; es gibt sie in N- oder P-Kanal-Struktur.
Sie haben in der Regel drei Anschlüsse, zwei Pfade für die Ausgangsspannung (Eingang und Ausgang) und einen Eingang, der die Ausgangsspannung steuert. Üblicherweise wird eine Schaltung mit Source-Masse verwendet, bei der das Eingangssignal am Gate (G), die +Versorgung am Drain (D) und die Source (S) geerdet ist.
Der Gleichspannungsverstärkungsfaktor eines Elektrolyt-Effekt-Transistors wird durch den gegenseitigen Leitwert (gm) ausgedrückt. In Bezug auf die Schalteigenschaften ist er dem Leistungstransistor überlegen und wird häufig in Schaltnetzteilen eingesetzt.
Weitere Informationen über Leistungstransistoren
Identifizierung von NPN- und PNP-Transistoren
Der Ausfall eines Transistors, der häufig in Ausgangs- und Stromversorgungsteilen verwendet wird, kann zu einem Ausfall oder einer Instabilität der Schaltung führen. Es ist daher wichtig zu prüfen, ob der Transistor ausgefallen ist.
1. NPN-Transistor
Bei NPN-Transistoren (2SC oder 2SD) ist Folgendes zu prüfen:
- Basis (B) positiv, Durchgang zum Kollektor (C), in umgekehrter Richtung nicht leitend
- Basis (B) positiv, Durchgang zum Emitter (E) und kein Durchgang in umgekehrter Richtung
- Kollektor (C) – Emitter (E) in beiden Richtungen nicht leitend
Wenn alle drei Punkte zutreffen, ist der Transistor in Ordnung.
2. PNP-Transistoren
Bei einem PNP-Transistor (2SA oder 2SB) ist die umgekehrte Richtung richtig, prüfen Sie Folgendes:
- Kollektor (C) positiv, leitend zur Basis (B) und nicht leitend in umgekehrter Richtung
- Emitter (E) positiv, leitend zur Basis (B), nicht leitend in der umgekehrten Richtung
- Kollektor (C) – Emitter (E) in beiden Richtungen nicht leitend
Wenn alle drei Bedingungen zutreffen, ist der Transistor in Ordnung. Beachten Sie, dass dieser Test nicht für Darlington-Transistoren verwendet werden kann.
Wenn das Prüfgerät im Durchgangsbereich verwendet wird, ist die rote Seite negativ und die schwarze Seite positiv. Achten Sie auf die Polarität der Prüfspannung an den Leitungen des Prüfgeräts. Trennen Sie außerdem vor der Prüfung immer die Stromversorgung sowie die Eingangs- und Ausgangsleitungen der nicht zu prüfenden Objekte ab.