1.4 Kennwerte von Transistoren

Transistor im Gleichstromkreis

I_C = I_B*B = Kollektorstrom

I_B = I_C/B = Basisstrom

B (h_FE) = I_C/I_B = Gleichstromverstärkungsfaktor

I_E = I_C + I_B = Emitterstrom

U_CE = Kollektor-Emitter-Spannung

U_BE = Basis-Emitter-Spannung

P_tot = I_B * U_BE + I_C*U_CE = maximale Verlustleistung am Transistor

Der Kollektorstrom I_C entspricht dem Strom I_L durch den Verbraucher (bzw. durch die Last).

Der Basisstrom I_B ist gegenüber I_C sehr klein.

Den Zusammenhang bildet der (Gleichstrom-)Verstärkungsfaktor B = I_C/I_B.

Für bestimmte Betriebsbereiche kann I_C den Datenblättern entnommen werden. Grundsätzlich sollte der ungekühlte Transistor der Wahl etwa den doppelten Laststrom I_L verkraften können.

Der Emitterstrom I_E ergibt sich als Summe aus Basis- und Kollektorstrom: I_E = I_C+I_B. Da I_B gegenüber I_C sehr klein ist, kann für die Auslegung I_B zumeist vernachlässigt werden, sodass gilt: I_E ~ I_C.

Die Stromverstärkung B bzw. β ist umso größer, je dünner die Basis des Transistors ausgeführt ist. Je dünner die Basisschicht ist, desto kleiner ist aber der Kollektorstrom, den der Transistor verkraften kann. Während Kleinleistungstransistoren (z.B. BC547) Stromverstärkungen von 200 bis 800 aufweisen können, liegt der Faktor bei Transiostoren für mittlere Leistungen (z.B. BD237) bei 25 bis 250 und bei Transistoren für hohe Leistungen (z.B. 2N3055) nur noch zwischen 5 und 70.

Ein hoher Verstärkungsfaktor ist von Vorteil, wenn ein großer Kollektorstrom geschaltet werden soll, aber für die Bereitstellung des Basisstroms nur eine leistungsschwache Spannungsquelle, z.B. ein Entwicklerboard, zur Verfügung steht.

Der Bezeichnung von Kleinleistungstransistoren ist oftmals ein Buchstabe (A, B, C) nachgestellt. Dieser steht für die die unterschiedlichen Stromverstärkungen. So kann der Typ C eine etwa dreimal so große Stromverstärkung aufweisen, wie der Typ A.

Die maximale Verlustleistung P_tot oder P_V ist in erster Linie von der Größe der Gehäuseoberfläche und der Umgebungstemperatur abhängig. Durch Anbringen von Kühlkörpern (passive Kühlung) oder die Installation von Kühlgebläsen (aktive Kühlung) kann P_tot bzw. P_V deutlich gesteigert werden.

In manchen Datenblättern finden sich 2 erlaubte Werte für P_C (collector) bzw. P_V (Verlust) bzw. P_D (dissipation) bei 25°C. Der kleinere Wert gibt die erlaubte Verlustleistung bei T_A(ambient)=25°C Umgebungstemperatur, der größere bei T_C (casing)=25°C Gehäusetemperatur (aktive Kühlung erforderlich) an. Wobei T_C durchaus um den Faktor 10 größer als T_A sein kann.

P_tot bzw. P_V errechnet sich zu P_tot = I_C*U_CE + I_B * U_BE. Für überschlägige Berechnungen kann (I_B*U_B) vernachlässigt werden.

Somit ergibt die maximale Verlustleistung für jede Kollektor-Emitter Spannung einen bestimmten Kollektorstrom:  I_C = P_V / U_CE. Verbindet man diese U_CE / I_C – Kombinationen, so erhält man die Leistungshyperbel. Der Arbeitspunkt darf nicht dauerhaft außerhalb dieser Hyperbel liegen. Im Schalterbetrieb allerdings ist dies kurzzeitig während des Zustandswechsels zwischen „ein“ und „aus“ erlaubt.