Ein Transistor ist ein Halbleitergerät, das in vielen elektronischen Schaltungen eine Schlüsselrolle spielt. Einer der wichtigsten Parameter eines Transistors ist sein Öffnungsstrom. Der Öffnungsstrom bestimmt den minimalen Strom, der benötigt wird, um den Transistor zu öffnen und seine positive Verstärkung sicherzustellen. In diesem Artikel betrachten wir das Funktionsprinzip des Transistors und seine grundlegenden Eigenschaften im Zusammenhang mit dem Öffnungsstrom.
Das Funktionsprinzip eines Transistors basiert auf der Verwendung von zwei p-n-Übergängen in einem Halbleiter. Der Transistor hat drei Pins: einen Emitter, eine Basis und einen Kollektor. Abhängig vom Transistortyp (pnp oder npn) können der Emitter und der Kollektor entweder aus dem p-Typ eines Halbleiters oder aus dem n-Typ bestehen, und die Basis besteht aus dem Typ, der dem Emitter und dem Kollektor entgegengesetzt ist. Wenn der Strom an die Basis angelegt wird, öffnet sich der Transistor, wodurch der Strom im Kollektor gesteuert werden kann.
Der Öffnungsstrom ist eine der Schlüsseleigenschaften des Transistors. Es bestimmt den minimalen Strom, bei dem der Transistor einen elektrischen Strom zwischen dem Emitter und dem Kollektor leitet, wenn genügend Spannung an die Basis angelegt wird. Der Wert des Öffnungsstroms hängt von der Art und dem Design des Transistors sowie von seinen Betriebsbedingungen ab. Je kleiner der Öffnungsstrom ist, desto empfindlicher ist der Transistor gegenüber dem Steuersignal und desto effizienter erfüllt er seine Funktion zur Signalverstärkung.
Wie öffnet sich der Transistor
Die Arbeit des Transistors basiert auf der Wirkung des Transistorübergangs – einem Phänomen, bei dem die an den Übergang angelegte Spannung oder der Strom seine elektrischen Eigenschaften steuern. Der Transistor besteht aus drei Schichten – Emitter, Basis und Kollektor. Die Leitfähigkeit des Transistors wird durch den Basisstrom bestimmt. Wenn der Basisstrom niedrig ist, arbeitet der Transistor im geschlossenen Zustand und leitet praktisch keinen Kollektorstrom. Wenn der Basisstrom groß genug ist, öffnet sich der Transistor und lässt einen signifikanten Strom durch seine Elektroden fließen.
Der Wert des Basisstroms, bei dem der Transistor geöffnet wird, wird als Öffnungsschwellenstrom bezeichnet. Dieser Wert hängt vom spezifischen Typ und Modell des Transistors ab. Normalerweise beträgt der Öffnungsschwellenwert jedoch mehrere Milliampere.
Wenn der Öffnungsschwellenstrom erreicht wird, tritt der Transistor in den aktiven Betrieb ein, wenn eine Änderung des Basisstroms eine große Änderung des Kollektorstroms bewirkt. Beim Öffnen bietet der Transistor einen niedrigen Widerstand zwischen Kollektor und Emitter, wodurch ein großer Strom passieren kann. Somit wird die Steuerung des Stroms und der Spannung in der elektronischen Schaltung durch Ändern des Basisstroms durchgeführt.
Funktionsprinzip des Transistors
Die Übertragung des Signals durch den Transistor erfolgt durch eine Änderung des Stroms in der Basiselektrode. Wenn der Grundstrom deutlich kleiner als der Kollektorstrom ist, befindet sich der Transistor in einem geschlossenen Zustand und ein hoher Widerstand kann in der Schaltung zwischen Kollektor und Emitter gefunden werden. In diesem Fall wird gesagt, dass der Transistor "geschlossen" ist.
Wenn der Basisstrom einen bestimmten Wert erreicht, der als Steuerschwellenstrom bezeichnet wird, öffnet sich der Transistor. Gleichzeitig steigt der Kollektorstrom an und es gibt einen geringen Widerstand in der Schaltung zwischen Kollektor und Emitter. Auf diese Weise wird der Transistor "offen" und ermöglicht einen größeren kollektiven Strom.
Das Funktionsprinzip des Transistors basiert auf der Verwendung des Polaritätseffekts der Ladungen. Wenn der Hauptstrom der Niederspannung durch die Basis fließt, ändert er das elektrische Feld zwischen der Basis und dem Emitter, was zu einer Änderung der Leitfähigkeit in anderen Bereichen des Halbleiters, wie dem Kollektor, führt.
In der Praxis ermöglicht das Funktionsprinzip eines Transistors die Verwendung in verschiedenen Schaltungen und Geräten wie Verstärkern, Generatoren, Schlüsseln und mehr.
Was ist der Basisstrom?
Der Basisstrom fließt durch die Basis des Transistors und steuert den Kollektorstrom, der der Hauptausgangsstrom des Transistors ist. Wenn der Basisstrom gering ist oder nicht vorhanden ist, wird der Transistor geschlossen. Wenn der Basisstrom groß genug ist, bewirkt er, dass sich der Transistor öffnet und der Kollektorstrom steigt.
Der Wert des Basisstroms muss bei der Auswahl der Schaltungselemente berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass der Transistor ordnungsgemäß funktioniert. Die Größe des Basisstroms wird normalerweise in den Eigenschaften des Transistors angegeben und kann je nach Typ und Modell des Transistors variieren.
Die Beziehung zwischen dem Basisstrom und der Öffnung des Transistors
Der Transistor kann als elektronisches Element zur Verstärkung und Umschaltung von Signalen verwendet werden. Das Öffnen oder Schließen wird durch den durch die Basis fließenden Strom gesteuert. In diesem Abschnitt betrachten wir die Beziehung zwischen dem Basisstrom und der Öffnung des Transistors.
Das Grundprinzip des Transistors besteht darin, den Strom zu steuern, der durch die beiden daran angeschlossenen Grundelemente – den Emitter und den Kollektor - fließt. Der Emitter- und Kollektorstrom wird durch den Basisstrom gesteuert. Wenn der Basisstrom Null ist, befindet sich der Transistor in einem geschlossenen Zustand und der Kollektorstrom beträgt ungefähr null Ampere. Wenn der Basisstrom positiv ist und groß genug ist, um den Transistor zu öffnen, kann der Kollektorstrom einen Wert haben, der nahe am Nennstrom liegt. Der maximale Basisstromwert, bei dem der Transistor im offenen Zustand bleibt, wird als Sättigungsstrom bezeichnet.
Die Beziehung zwischen dem Basisstrom und der Öffnung des Transistors kann durch zwei Hauptbetriebsmodi beschrieben werden – aktiv und gesättigt. Im aktiven Betriebsmodus führt eine Erhöhung des Basisstroms zu einer Erhöhung des Kollektorstroms proportional zur Verstärkung des Transistors. Im gesättigten Betriebsmodus führt eine Erhöhung des Basisstroms nicht mehr zu einer Erhöhung des Kollektorstroms, und der Transistor befindet sich in einem vollständig geöffneten Zustand.
Die Begrenzung des maximalen Basisstroms ist für den normalen Betrieb des Transistors wichtig. Wenn der Basisstrom zu groß ist, kann dies zu einer Überhitzung und einem Ausfall des Transistors führen. Daher muss bei der Gestaltung von Schaltungen das Verhältnis zwischen Basisstrom und Kollektorstrom so gewählt werden, dass der Transistor unter bestimmten Betriebsbedingungen arbeitet.
Eigenschaften der Transistorströme
Transistoren haben drei Hauptstromeigenschaften: Kollektorstrom (IC), Grundstrom (IB) und Emitterstrom (IE).
Kollektorstrom (IC) ist der Strom, der durch den Kollektorübergang im Transistor fließt. Es ist die Summe des Grundstroms und des Emitterstroms: IC = IB + IE. Der Kollektorstrom kann erhebliche Werte erreichen und ist der durch den Grundstrom gesteuerte Hauptstrom.
Grundstrom (IB) ist ein Strom, der in die Basis des Transistors eingeführt wird, um den Kollektorstrom zu steuern. Der Grundstrom ist im Vergleich zum Kollektorstrom klein und kann durch einen Wert eingestellt werden, der die Verstärkung des Transistors bestimmt.
Emitter-Strom (IE) ist der Strom, der durch den Emitter-Übergang des Transistors fließt. Es ist auch die Summe des Grundstroms und des Kollektorstroms: IE = IB + IC. Der Emitterstrom kann viel größer sein als der Grundstrom und ist normalerweise der Hauptstrom, der in die externe Last eintritt.
Die Kenntnis und Kontrolle dieser Stromeigenschaften ist wichtig für die ordnungsgemäße Verwendung und Berechnung des Betriebs von Transistoren in Elektronikgeräten.
Wie kann ich den Eröffnungspunkt eines Transistors bestimmen
Um den Eröffnungspunkt des Transistors zu bestimmen, ist es notwendig, den Basisstrom zu messen. Dies kann mit einem geeigneten Messgerät wie einem Multimeter erfolgen. Bei einem bestimmten Basisstrom beginnt sich der Transistor zu öffnen, was zu einem Kollektorstromfluss und einer elektronischen Signalverstärkung führt.
Es ist auch möglich, den Eröffnungspunkt des Transistors zu bestimmen, indem die Spannung an der Basis gemessen wird. Abhängig von der Art des Transistors (NPN oder PNP) und der Verbindungsmethode kann die Basisspannung entweder positiv oder negativ sein. Bei den meisten NPN-Transistoren muss die Basisspannung positiv sein, bei PNP–Transistoren jedoch negativ.
Es sollte auch berücksichtigt werden, dass der Öffnungspunkt des Transistors von anderen Faktoren wie der Umgebungstemperatur und der Art des Transistors abhängen kann. Daher ist es wichtig zu bedenken, dass die Messungen möglicherweise keine genauen Ergebnisse liefern und nur zur Orientierungsbestimmung des Eröffnungspunkts verwendet werden sollten.
