Was ist ein Bipolartransistor?
Ein Bipolartransistor ist ein Halbleiterbauelement mit drei Anschlüssen.
Er wird auch als Sperrschichttransistor bezeichnet und besteht aus N- und P-Halbleitern in einer P-N-P- oder N-P-N-Sperrschichtstruktur. Im Gegensatz zu Feldeffekttransistoren (FETs), die unipolare Transistoren sind, in denen entweder Löcher oder freie Elektronen als Ladungsträger fungieren, werden Bipolartransistoren als bipolar bezeichnet, da sowohl Löcher als auch freie Elektronen an ihrem Betrieb beteiligt sind.
Anwendungen von Bipolartransistoren
Die beiden Hauptfunktionen von Bipolartransistoren sind Verstärkung und Schaltung.
In Verstärkerschaltungen, in denen winzige Signale auf einen ausreichend großen Pegel gebracht werden, ist es vorteilhafter, Bipolartransistoren als unipolare Transistoren zu verwenden, insbesondere wenn ein hoher Verstärkungsfaktor erforderlich ist. Bipolartransistoren sind auch für den Betrieb bei hohen Frequenzen besser geeignet.
Bei Stromversorgungsreglern beispielsweise, bei denen Schaltgeräusche mit Hochfrequenzkomponenten unterdrückt werden müssen, gibt es einen deutlichen Unterschied im Rauschunterdrückungsverhältnis und anderen Eigenschaften zwischen Schaltungen mit Bipolartransistoren und solchen mit FETs.
Bipolartransistoren werden nach wie vor in der Kleinserienfertigung und in Hochfrequenz-Verstärkerschaltungen eingesetzt, die sich nur schwer zu ICs verarbeiten lassen, aber da sie stromgesteuert sind, ist ihr Stromverbrauch höher als der von unipolaren Transistoren, die spannungsgesteuert sind. Sie lassen sich nur schwer in Produkten einsetzen, die einen geringen Stromverbrauch erfordern, wie z. B. batteriebetriebene Produkte und tragbare Geräte.
Andererseits werden Schaltkreise verwendet, um den Strom ein- und auszuschalten, aber unipolare Transistoren sind in Bezug auf Schaltgeschwindigkeit und Miniaturisierung überlegen und daher für diese Anwendung weniger geeignet.
Funktionsweise der Bipolartransistoren
Halbleiter lassen sich in P-Typ und N-Typ einteilen: Ein P-Typ-Halbleiter ist mit Löchern gefüllt, die einen Mangel an Elektronen darstellen, während ein N-Typ-Halbleiter mit einem Überschuss an Elektronen und freien Elektronen gefüllt ist.
Transistoren sind eine Kombination aus P- und N-Typ-Halbleitern, aber bipolare Transistoren können entweder aus drei Bereichen (P-Typ, N-Typ und P-Typ) oder aus drei Bereichen (N-Typ, P-Typ und N-Typ) bestehen.
Ersterer wird als PNP-Transistor und letzterer als NPN-Transistor bezeichnet: Die drei Bereiche sind Emitter, Basis und Kollektor, von denen jeder mit einer Elektrode verbunden ist, über die eine Spannung angelegt wird und ein Signalstrom fließt. Die Basis zeichnet sich dadurch aus, dass sie extrem dünn ausgeführt ist.
Die Funktionsweise eines Bipolartransistors wird am Beispiel eines NPN-Transistors erläutert, bei dem ein N-Halbleiter zwischen einem P-Halbleiter liegt.
Wenn der Emitter mit der Referenzspannung (0 V) und der Kollektor mit VCC (z. B. +5 V) verbunden ist, fließt bei Anlegen einer positiven Spannung an die Basis und einem Basisstrom Ib zum Emitter ein Strom Ic von β × Ib vom Kollektor zum Emitter. Dies ist die Funktionsweise der Verstärkung durch einen Transistor, das auf der Stromverstärkung in Bipolartransistoren beruht. β wird als Stromverstärkungsfaktor bezeichnet und liegt in der Regel bei 100~200. Bei Transistoren vom PNP-Typ ist die Richtung der angelegten Spannung und des Stroms entgegengesetzt, aber die Funktionsweise der Verstärkung ist das gleiche.
Im Schaltbetrieb ermöglicht ein großer Basisstrom Ib einen ausreichenden Stromfluss zur an den Kollektor angeschlossenen Last. Wenn der Basisstrom auf 0 A eingestellt ist, fließt kein Strom zur Last. Durch das Fließen/Nichtfließen des Basisstroms Ib kann der zur Last fließende Strom ein-/ausgeschaltet werden, wodurch ein Schaltvorgang realisiert wird.
Weitere Informationen über Bipolartransistoren
Je nachdem aus welchem Land die Bipolartransistoren bezogen werden, sind die Typenbezeichnungen unterschiedlich.