Worum geht es?
Ein Transistor ist ein elektronischer Schalter ohne Mechanik. Mit einem kleinen Strom steuert er einen großen Strom.
Stell dir einen Wasserhahn vor: Mit einer kleinen Handbewegung am Griff lässt du viel Wasser fließen. Beim Transistor ist der Griff die Basis. Der große Strom fließt vom Kollektor zum Emitter.
Transistoren stecken in fast jedem Gerät: im Handy, in jeder Steuerung, in LED-Treibern und in jeder SPS. Ein moderner Computerchip enthält Milliarden davon.
Der Transistor als Schalter
In der Elektroinstallation wird der Transistor fast immer als Schalter genutzt. Es gibt nur zwei Zustände:
- Aus: Kein Strom in die Basis. Zwischen Kollektor und Emitter fließt nichts.
- Ein: Genug Strom in die Basis. Der Transistor schaltet ganz durch, der große Strom fließt.
Ein Transistor kann viel schneller schalten als ein Relais, millionenfach pro Sekunde, und er nutzt sich dabei nicht ab. Dafür verträgt er keine Überlast und wird beim Schalten warm.
Foto: Mumin 123 (polnische Wikipedia), „Transistors-three types“, Lizenz: gemeinfrei (Public Domain), Quelle: Wikimedia Commons, verkleinert.
Der MOSFET ist ein Transistor, der mit einer Spannung statt mit einem Strom gesteuert wird. Seine Anschlüsse heißen Gate (Steuern), Drain und Source. MOSFETs schalten große Ströme mit sehr wenig Wärme. Man findet sie in Netzteilen, Frequenzumrichtern und Akkugeräten.
Formeln
Die Stromverstärkung B sagt, wie viel größer der Kollektorstrom als der Basisstrom ist. Bei kleinen Transistoren liegt sie oft zwischen 100 und 500. Zwischen Basis und Emitter sitzt wie bei einer Diode eine Sperrschicht, deshalb fallen dort etwa 0,7 V ab.
Rechenbeispiele
Eine Lampe braucht 0,5 A. Der Transistor hat eine Stromverstärkung von B = 100.
- IB = ICB = 0,5 A100 = 0,005 A
- Ergebnis: 5 mA Basisstrom
Der Basisstrom aus Beispiel 1 soll aus 12 V kommen.
- RB = 12 V − 0,7 V0,005 A = 2.260 Ω
- Ergebnis: höchstens 2,26 kΩ
Was heißt das? In der Praxis nimmt man einen kleineren Widerstand, zum Beispiel 1 kΩ. Dann fließt etwa doppelt so viel Basisstrom, und der Transistor schaltet sicher ganz durch.
Typische Fehler
- Basiswiderstand vergessen: Ohne ihn fließt zu viel Strom in die Basis, und der Transistor geht kaputt.
- Anschlüsse vertauscht: B, C und E liegen je nach Typ unterschiedlich. Immer ins Datenblatt schauen.
- Relaisspule ohne Freilaufdiode: Beim Abschalten entsteht eine hohe Spannungsspitze, die den Transistor zerstört. Parallel zur Spule gehört eine Freilaufdiode.
- Kühlung vergessen: Große Ströme machen Wärme. Leistungstransistoren brauchen einen Kühlkörper.
Ein Transistor ist ein elektronischer Schalter: Ein kleiner Strom an der Basis B steuert einen großen Strom zwischen Kollektor C und Emitter E. Der Pfeil im Schaltzeichen sitzt am Emitter, beim NPN zeigt er nach außen. Die Basis braucht immer einen Vorwiderstand.
Quiz: Teste dich
Zehn Fragen zum Thema Transistor. Nach jeder Antwort bekommst du eine Erklärung. Dein Fortschritt wird auf diesem Gerät gespeichert.