Bipolartransistor

Ein Bipolartransistor, im Englischen als bipolar junction transistor (BJT) bezeichnet, ist ein Transistor, bei dem Ladungsträger – negativ geladene Elektronen und positiv geladene Defektelektronen – zum Stromtransport durch den Bipolartransistor beitragen. Der BJT wird mittels eines elektrischen Stroms gesteuert und wird zum Schalten und Verstärken von Signalen ohne mechanisch bewegte Teile eingesetzt.

Bipolare Leistungstransistoren sind für das Schalten und Verstärken von Signalen höherer Stromstärken und Spannungen ausgelegt.

Stark vereinfachtes Funktionsmodell eines Bipolartransistors zur Veranschaulichung der Stromverstärkung durch eine Wasserströmung.

Typen und Schaltzeichen

Schaltzeichen (oben) und Dioden-Ersatzschaltbild (unten) für npn- und pnp-Bipolartransistoren

Bipolartransistoren werden in npn- und pnp-Typen unterteilt. Die Buchstaben geben die Reihenfolge und den Dotierungstyp der Schichtung an. Somit bildet ein Bipolartransistor im Wesentlichen immer zwei gegeneinander geschaltete pn-Übergänge (ähnlich dem in einer pn-Diode). Die drei Anschlüsse werden Kollektor (C, collector) Basis (B, base) und Emitter (E, emitter) genannt.

Beim pnp-Transistor ist die Reihenfolge der Schichten p-n-p, d. h., die beiden Dioden zwischen Basis und Emitter sowie zwischen Basis und Kollektor haben jeweils die entgegengesetzte Polung gegenüber dem npn-Typ.

Im Schaltzeichen drückt man diesen Unterschied aus, indem man den Richtungspfeil der Basis-Emitter-Diode umdreht.

Um sich die Pfeilrichtung des Schaltzeichens besser merken zu können, gibt es einen einprägsamen Spruch: „Tut der Pfeil der Basis weh, handelt sich′s um pnp.“ Ein einfacher Satz für den pnp-Typ ist auch: Pfeil-Nach-Platte → pnp.

Die Pfeilrichtung kann man auch mit der technischen Stromrichtung erklären, die immer von Plus nach Minus verläuft. Bei npn-Transistor (negativ-positiv-negativ) zeigt der Pfeil also nach außen. Umgekehrt zeigt beim pnp-Transistor (positiv-negativ-positiv) der Pfeil nach innen.

Es handelt sich hierbei nur um Ersatzschaltbilder. Das bedeutet, dass man mit zwei Dioden keinen Transistoreffekt erzeugen kann, denn die Ladungsträger würden in dem Gebiet einer solchen Pseudobasis rekombinieren. Dies gilt auch für Strukturen, bei denen der Abstand zwischen Emitter-Basis- und Kollektor-Basis-Zone zu groß, d. h., die Basiszone zu dick ist. Für die Ausbildung des Transistoreffekts muss die Bedingung erfüllt sein, dass die Basisdicke kleiner als die Diffusionslänge ist (W ≪ L_b).

Aufbau

Ansicht eines Halbleiterplättchens (engl. Die) mit einem Bipolartransistor von oben und den Anschlußdrähten

Der Bipolartransistor ist eine Kombination aus drei abwechselnden p- und n-dotierten Halbleiterschichten (npn bzw. pnp). Diese entgegengesetzt geschalteten p-n-Übergänge müssen nahe beieinanderliegen, um die Transistorfunktion zu realisieren.

Die drei unterschiedlich dotierten Bereiche werden als Kollektor (C), Basis (B) und Emitter (E) bezeichnet. Die Basis ist besonders dünn und liegt zwischen Kollektor und Emitter. Erste Bipolartransistoren wurden aus einem n-dotierten Halbleiterplättchen hergestellt, in welches von beiden Seiten durch Diffusion von p-Dotanden die Emitter- und die Kollektorzone eingebracht wurden, bis zwischen diesen p-dotierten Gebieten nur noch ein geringer Abstand im Inneren des Plättchens war. Die beidseitige Kontaktierung erfolgte durch Drähte, während der Basisanschluss durch das Halbleiterplättchen selbst gebildet wurde (daher die Bezeichnung Basis). Kollektor- und Emittergebiet sind unterschiedlich stark dotiert. Dieser asymmetrische Aufbau bewirkt ein unterschiedliches Verhalten im Normal- und Inversbetrieb.

Aufgrund von Optimierungen sind Bipolartransistoren heutzutage aus mehr als drei Schichten aufgebaut, die zusätzlichen Schichten sind nicht in Form von weiteren p-n-Übergängen zusammengesetzt, sondern die drei Hauptschichten sind in Zonen unterschiedlicher Dotierungsdichte gegliedert. Die Kollektorzone besteht hierbei immer aus mindestens zwei unterschiedlich stark dotierten Zonen. Die Bezeichnungen npn und pnp beziehen sich nur auf den aktiven inneren Bereich, jedoch nicht den tatsächlichen Aufbau.

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  Schematischer Aufbau eines pnp-dotierten Bipolartransistors in Epitaxial-Planar-Technik
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  Schematischer Aufbau eines npn-dotierten Bipolartransistors in Epitaxial-Planar-Technik
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  Praktischer Aufbau eines npn-Transistors in Epitaxial-Planar-Technik

Einzeltransistoren werden heute meist in der Epitaxial-Planar-Bauweise hergestellt. Integrierte Transistoren werden ebenfalls in Epitaxial-Planar-Bauweise hergestellt, allerdings befindet sich der Kollektoranschluss an der Oberseite. Der Substratanschluss (S) ist eine Verbindung mit den tieferen Schichten. Am Substratanschluss wird eine negative Spannung angelegt. Dies bewirkt eine Sperre der Substratdiode und damit eine Trennung der einzelnen Transistoren.

Man unterscheidet bei integrierten Transistoren grundsätzlich zwischen vertikal und lateral aufgebauten Transistoren. npn-Transistoren werden in der Praxis vertikal und pnp-Transistoren lateral aufgebaut. Vertikale Transistoren weisen einen vertikalen Stromfluss auf. Bei lateralen Transistoren erfolgt der Stromfluss horizontal und die Stromverstärkung ist um das 3- bis 10-fache größer und die Schaltfrequenzen sind höher, da die Basiszone kleiner aufgebaut werden kann. Aus diesem Grund können auch npn-Transistoren lateral aufgebaut sein, dann sind alle p- durch n- und n- durch p-Zonen ersetzt, gleiches gilt für die Dotierung des Substrats, das an eine positive Spannung angeschlossen wird.

Paare von npn- und pnp-Transistoren nennt man komplementär, wenn deren elektrische Daten bis auf das Vorzeichen ähnlich sind. Solche auf gute Übereinstimmung der Parameter selektierte „Transistorpärchen“ (entscheidend sind Stromverstärkung sowie Basis-Emitterspannung) werden z. B. in sogenannten Gegentaktschaltungen wie Verstärker-Endstufen eingesetzt, um Verzerrungen niedrig zu halten.

Sind große Ströme gefordert, können mehrere Transistoren parallelgeschaltet werden. Die Übereinstimmung deren Parameter ist hier ebenfalls wichtig, dennoch muss durch Emitterwiderstände dafür gesorgt werden, dass sich die Ströme gleichmäßig auf alle parallelen Transistoren aufteilen.

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  Schematischer Aufbau eines integrierten vertikalen npn-Transistors
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  Schematischer Aufbau eines integrierten lateralen pnp-Transistors

Halbleiterbauelemente, die aus mehr als drei Schichten aufgebaut sind (z. B. pnpn), besitzen mehr als einen statischen Zustand des Stromflusses. Dazu zählen Vierschichtdioden (Thyristoren, Diacs) und Triacs.

siehe auch: Herstellung integrierter Schaltungen

Funktionsweise

Schema der Ladungsträger-Bewegungen im Verstärkungsbereich

Emitterschaltung eines npn-Transistors

Beim Bipolartransistor wird durch einen elektrischen Strom I_BE zwischen Basis und Emitter ein stärkerer Strom I_CE zwischen Kollektor und Emitter gesteuert. Das Verhältnis der beiden Ströme, das im Bereich von etwa 4 bis 1000 liegt, ist vom Transistortyp und vom Absolutbetrag des Kollektorstromes abhängig und wird als statischer Stromverstärkungsfaktor B bezeichnet.

Dieses Verhalten ist vergleichbar mit einem flussabhängigen Ventil bei einem Wasserkanal-Modell. Dieses Modell ist stark vereinfacht und dient nur zur generellen Veranschaulichung der fließenden Ströme, da für die Erklärung der realen Verhältnisse und der Funktionsweise des Bipolartransistors sowohl Elektronen als auch Defektelektronen verantwortlich sind.

Ein Bipolartransistor wird durch drei Schichten unterschiedlicher Dotierung gebildet, die zwei p-n-Übergänge bilden. Die in der Mitte befindliche Basiszone ist die dünnste Schicht.

Im Folgenden wird am Beispiel eines npn-Transistors die generelle Funktionsweise eines Bipolartransistors im Vorwärtsbetrieb (U_BE > 0, U_CB > 0) dargestellt.

Werden nur Kollektor und Emitter angeschlossen (Spannung U_CE > 0), entspricht dies schaltungstechnisch zwei entgegengesetzt geschalteten Dioden, von denen eine (die Basis-Kollektor-Diode) immer gesperrt ist. Es fließt nur ein kleiner Strom, der betragsgleich mit dem Sperrstrom der Basis-Kollektor-Diode ist. Die angelegte Spannung verkleinert zwar die Basis-Emitter-Sperrschicht, vergrößert jedoch die Basis-Kollektor-Sperrschicht.

Durch Schließen des Basis-Emitter-Stromkreises (Spannung U_BE > 0, für Silizium U_BE > 0,7 V) wird die Basis-Emitter-Diode leitend. Wie bei der einfachen pn-Diode werden Defektelektronen aus der Basis (p-dotiert) in den Emitter (n-dotiert) injiziert (engl. inject). Es fließt ein kleiner Basisstrom I_BE1. Im Emittergebiet klingt der Minoritätsladungsträgerüberschuss, in diesem Fall Defektelektronen, mit der Diffusionslänge ab, die Defektelektronen rekombinieren mit den Elektronen. Analog dazu werden Elektronen aus dem Emitter (lat. emittere = aussenden) in die Basis injiziert. Aufgrund der geringen Weite der Basis, die kleiner als die Diffusionslänge der Ladungsträger sein muss, rekombinieren jedoch nur wenige der Elektronen mit den Defektelektronen. Die meisten Elektronen (ca. 99 %) diffundieren durch die Basis in die Kollektor-Basis-Sperrschicht, der Basis-Kollektor-Übergang wird in Sperrrichtung betrieben. Dort driften sie wegen des großen Potentialabfalls (U_CB > 0) in den Kollektor (lat. colligere = sammeln). In Form des Kollektorstroms I_C fließen somit Elektronen vom Emitter in den Kollektor.

Die Anzahl der in das Basisgebiet injizierten Elektronen bzw. der in den Emitter injizierten Defektelektronen ändert sich mit der Flussspannung U_BE der Basis-Emitter-Diode. Obwohl nur eine verhältnismäßig kleine Anzahl an Elektronen in der Basis rekombinieren, ist dieser Teil für die Funktion des Bipolartransistors wesentlich. Eine große Anzahl von Elektronen erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass ein Elektron auf ein Loch trifft und rekombiniert. Die rekombinierenden Defektelektronen werden über den Basiskontakt in Form eines Teils des Basisstroms nachgeliefert. Durch Ändern des Basisstromes I_BE kann demzufolge der Kollektoremitterstrom I_CE gesteuert werden. Es wird durch den kleinen Basisstrom, verursacht durch die Defektelektronen, ein viel größerer Kollektorstrom (Elektronenstrom) gesteuert.

Die Wirkungsweise eines pnp-Transistors ist dazu analog, jedoch sind die Vorzeichen umzudrehen, um der entgegengesetzten Dotierung der beiden Sperrschichten Rechnung zu tragen.

Nachfolgend in der Übersicht sind schematisch die Verhältnisse als Bändermodell im Kristall dargestellt. Hierbei stellen die kleinen ±-Symbole bewegliche Ladungsträger, die Majoritätsladungsträger wie Elektronen bzw. Defektelektronen dar, während die großen Symbole die ionisierten Dotieratome darstellen.

• Bändermodell für den Bipolartransistor (npn-Typ)
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  Kristallaufbau und Bändermodell eines Bipolartransistors
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  Selbiges bei angelegter Kollektor-Emitter-Spannung
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  Zusätzlich mit angelegter Basis-Emitter-Spannung

Transistormodelle und Ersatzschaltbilder

→ Hauptartikel: Mathematische Beschreibung des Bipolartransistors und Ersatzschaltungen des Bipolartransistors

Der Bipolartransistor ist ein sehr gut untersuchtes Bauelement. Um sein Verhalten zu beschreiben, gibt es zahlreiche Modelle, die Schaltungsanalyse und -entwurf erleichtern. Da die Detailbeschreibungen sehr umfangreich sind, wird hier nur Grundlegendes angeschnitten und Vertiefendes in Unterartikel ausgegliedert. Siehe hierzu Mathematische Beschreibung des Bipolartransistors und Ersatzschaltungen des Bipolartransistors, des Weiteren Transistorrauschen in Form von Johnson-Rauschen an reellen Widerständen und Schrotrauschen durch den Leckstrom.

Vereinfachtes Modell für einen npn-Transistor

Das einfachste Modell besteht aus der Basis-Emitter-Diode und der durch den Basisstrom I_B gesteuerten Stromquelle (genauer gesagt einer Stromsenke, da keine Energieerzeugung erfolgt) hin zum Kollektor I_C. Der Transistor verstärkt den Basisstrom um den Faktor B. Voraussetzungen für die Gültigkeit des Modells sind: Die Basis-Emitter-Diode muss in Durchlassrichtung gepolt sein und die Basis-Kollektor-Diode in Sperrrichtung.

Diese Art der Beschreibung heißt Großsignalmodell und unterteilt sich in das Ebers-Moll-Modell, das Transportmodell und das Gummel-Poon-Modell.

Kleinsignalmodell

Nachteil der zuvor genannten Methoden besteht in der Verwendung nicht-linearer Funktionen in Form der Exponentialfunktion für die Diodenkennlinie, das die mathematische Analyse erschwert. Abhilfe schafft das Kleinsignalmodell. Mit ihm können die für lineare Schaltkreise geltenden Theorien angewandt werden.

Die Ermittlung der Parameter erfolgt im Arbeitspunkt also unter definierten Randbedingungen. Der differentielle Widerstand der Basis-Emitter-Strecke r_BE entspricht der Tangente zur Diodenkennlinie für den Arbeitspunkt, der differentielle Kollektor-Emitter-Widerstand r_CE entspricht der Steigung der Ausgangskennlinie bedingt durch den Early-Effekt und der Parameter Steilheit S ergibt sich aus dem differentiellen Basis-Emitter-Widerstand r_BE multipliziert mit dem differentiellen Stromverstärkungsfaktor β.

Unmittelbar mit dem Kleinsignal verwandt sind die Vierpolparameter des Transistors.

Das Großsignalmodell umfasst den gesamten Spannungsbereich, der für das betrachtete Bauteil zulässig ist. Das Kleinsignalmodell gilt nur in einem eng begrenzten Bereich um den Arbeitspunkt. Eine weitere Unterteilung erfolgt in statische und dynamische Modelle. Letztere sind komplexer, denn sie berücksichtigen die kapazitiven Eigenschaften der Sperrschichten und eignen sich daher für mittlere bis hohe Frequenzen.

Kennlinienfelder

Ausgangkennlinienfeld mit Begrenzung des Transistor-Arbeitsbereichs

Vierquadrantenkennlinienfeld

Kennlinienfelder dienen der grafischen Darstellung zweier oder mehrerer voneinander abhängiger physikalischen Größen. Sie dienen zur Charakterisierung und Veranschaulichung der elektrischen Eigenschaften/Verhalten des Bauelements. Für die Beschreibung eines Bipolartransistors (als elektrischen Schalter oder in Verstärkerschaltungen) reichen vier grundlegende Kennlinien aus: das Eingangs-, das Ausgangs-, das Stromsteuer- und das Spannungsrückwirkungskennlinienfeld. Werden die Kennlinien gemeinsam dargestellt spricht man auch von Vierquadrantenkennlinienfeld.

Beim Eingangskennlinienfeld wird der Basisstrom $I_{\mathrm {B} }$ gegen die Basisspannung $U_{\mathrm {BE} }$ aufgetragen. Da es sich hierbei nur um den Basis-Emitter-pn-Übergang handelt, entspricht die Kennlinie der einer pn-Diode.

Das Ausgangkennlinienfeld stellt die Abhängigkeit des Kollektorstroms $I_{\mathrm {C} }$ von der Kollektor-Emitterspannung $U_{\mathrm {CE} }$ bei ausgewählten Basissteuerströmen $I_{\mathrm {B} }$ dar.

Beim Stromsteuerkennlinienfeld bzw. bei der Stromsteuerkennlinie wird die Abhängigkeit des Kollektorstroms $I_{\mathrm {C} }$ vom ansteuernden Basisstrom $I_{\mathrm {B} }$ bei konstanter Kollektor-Emitterspannung $U_{\mathrm {CE} }$ dargestellt. In der Regel hat sie den Verlauf einer Geraden (annähernd linear) durch den Ursprung, wobei die Steigung dem Stromverstärkungsfaktor $B$ entspricht.

Das Spannungsrückwirkungskennlinienfeld (auch Rückwirkungskennlinienfeld genannt) stellt die Rückwirkung der Ausgangsspannung $U_{\mathrm {CE} }$ auf den Eingang (Basis bzw. Basisspannung $U_{\mathrm {BE} }$) dar.

Arbeitsbereiche

Historische Bipolartransistoren, Baujahr ca. 1959

Der Bipolartransistor besteht aus zwei pn-Übergängen. Indem man entsprechende Spannungen anlegt, kann man beide Übergänge unabhängig voneinander sperren oder durchschalten. Dadurch ergeben sich vier mögliche Arbeitsbereiche, in denen der Transistor ein je eigenes Verhalten zeigt.

Sperrbereich

Im Sperrbereich (engl. cut-off region) oder Sperrbetrieb sperren beide Übergänge, d. h. die Kollektor- und die Emitterdiode. In diesem Betriebszustand leitet der Transistor theoretisch keinen Strom. Der Transistor entspricht damit einem geöffneten Schalter. Praktisch fließt auch im Sperrbetrieb ein geringer Strom, der Transistor im Sperrbetrieb stellt also einen nichtidealen Schalter dar.

Verstärkungsbereich

Der Verstärkungsbereich (engl. forward region) tritt im sogenannten Normalbetrieb auf. Hierbei wird die Emitterdiode in Flussrichtung und die Kollektordiode in Sperrrichtung betrieben. Im Verstärkungsbereich gilt näherungsweise die Formel $I_{\rm {C}}=\beta \cdot I_{\rm {B}}$, wobei β der Stromverstärkungsfaktor ist. Da β relativ groß ist, führen hier kleine Änderungen des Basisstroms $I_{\rm {B}}$ zu großen Änderungen des Kollektorstroms $I_{\rm {C}}$. Transistoren werden in diesem Bereich betrieben, um Signale zu verstärken. Im Normalbetrieb wird der Transistor üblicherweise nur in dem Bereich betrieben, in dem die Verstärkung näherungsweise linear gemäß obiger Formel verläuft.

Sättigungsbereich

Der Sättigungsbereich wird auch Sättigungsbetrieb oder Sättigung genannt. Beide pn-Übergänge leiten, in der Basiszone befinden sich jedoch mehr Ladungsträger als für den Kollektorstrom benötigt werden. Der Kollektorstrom $I_{\rm {C}}$ ist unabhängig vom Basisstrom $I_{\rm {B}}$. Der Transistor entspricht einem geschlossenen Schalter mit konstantem Durchgangswiderstand (Linker Bereich im Ausgangskennlinienfeld). Sofern sich der Arbeitspunkt eines Linearverstärkers nicht weit genug entfernt vom Sättigungsbereich befindet oder die Amplitude des Signals zu hoch ist, tritt Übersteuerung ein, der Verstärker begrenzt das Signal und es treten Verzerrungen auf. Das Sperren der Basis-Kollektor-Strecke verzögert sich, da erst alle überschüssigen Ladungsträger aus der Basiszone abfließen müssen.

Quasi-Sättigungsbereich

Dieser Bereich liegt zwischen Verstärkungsbereich und Sättigungsbereich. Der Transistor wird nicht gesättigt betrieben, wodurch sich Ausschaltzeit und damit die Ausschaltverlustleistung gegenüber dem Betrieb in vollständiger Sättigung deutlich vermindern, was für Schalt-Anwendungen wichtig ist. Erkauft wird dieser Vorteil jedoch durch höhere Durchlassverluste, da die Durchlassspannung um ca. 0,4 V höher liegt. (Siehe auch Schottky-TTL)

Inverser Verstärkungsbereich

Der inverse Verstärkungsbereich (engl. reverse region) wird auch Inversbetrieb genannt. Dabei werden der Basis-Kollektor-Übergang in Durchlassrichtung und der Basis-Emitter-Übergang in Sperrrichtung betrieben. Dieser Bereich funktioniert ähnlich wie der normale Verstärkungsbereich, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen der Spannungen. Der Stromverstärkungsfaktor ist deutlich kleiner. Die maximale Sperrspannung der Basis-Emitterdiode beträgt nur einige Volt.

Heutige Anwendung

Während in der analogen Signaltechnik Transistoren meistens im linearen Verstärkungsbereich arbeiten, werden sie in der älteren Digitalelektronik und bei Schaltanwendungen fast ausschließlich im Sperr- und im (Quasi-)Sättigungsbereich betrieben. Für diese beiden in der Praxis grundsätzlich unterschiedlichen Betriebsarten werden auch die Bezeichnungen „Linearbetrieb“ (Betrieb nur im Verstärkungsbereich) und „Schaltbetrieb“ (Betrieb nur im Sperr- und Sättigungsbereich bzw. Quasi-Sättigungsbereich) verwendet. Schnelle moderne Digitalschaltungen arbeiten aber ebenfalls im linearen Bereich (LVPECL, LVDS, CML …) um die Verzögerungen durch die Sättigung zu vermeiden.

Alternativ werden heute bei Schaltanwendungen häufig Feldeffekttransistoren (z. B. MOSFETs) eingesetzt. Sie weisen keine Sättigungserscheinungen durch überschüssige Ladungsträger und somit keine Sperrverzögerungen auf.

Ausführungsbeispiele

Elektrische Parameter

Für verschiedene Einsatzzwecke gibt es tausende Transistortypen mit unterschiedlichsten Eigenschaften. Wichtige Kenngrößen sind die Strombelastbarkeit (Kollektorstrom; einige Milliampere bis ca. 50 Ampere), die maximale Spannungsbelastbarkeit (Kollektor-Emitter-Sperrspannung; einige Volt bis einige 100 Volt), die maximale Verlustleistung (einige Milliwatt bis einige 100 Watt), die Stromverstärkung (ca. 5 bis ca. 1000) und die Grenzfrequenz (ca. 10 kHz bis einige GHz).

Oft verwendet man in der Praxis einige wenige Typen häufiger als andere. Viele Transistoren gibt es als Komplementärtypen: es existieren ein pnp- und ein npn-Typ mit betragsmäßig gleichen Parametern, jedoch unterschiedlicher Polarität. Stellvertretend seien hier einige Komplementärtypen und deren Parameter genannt:

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  2N3055 aus den 1980er Jahren. Siehe Unterschied in der Fertigungstechnik zum Bild oben: Drahtbonden-Technik, Abstand der Leitungen
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  Leistungsdarlington aus den 1980er Jahren

Kleinsignaltransistoren (allgemeine Anwendung)

• TO-92-Gehäuse (bedrahtet): BC547B (npn-Transistor) / BC557B (pnp-Transistor): Verlustleistung P_max = 0,50 W; Betrag des Kollektorstromes I_C ≤ 100 mA; Betrag der Sperrspannung U_CE ≤ 45 V; Stromverstärkung B ≈ 290 (bei I_C = 2 mA)

• SOT-23-Gehäuse (SMD): BC817 (npn) / BC807 (pnp): P_max=0,25 W; |I_C| ≤ 500…800 mA; |U_CE| ≤ 45 V; B = 100…600 (bei |I_C| = 100 mA); Transitfrequenz F_{T (min.)} 100 MHz

Der Preis dieser Typen liegt bei Abnahme geringer Stückzahlen bei ca. 3 ct, bei größeren Abnahmemengen sinkt der Preis noch einmal deutlich.

Leistungstransistoren

• TO-3-Gehäuse: 2N3055 (npn) / MJ2955 (pnp): P_max = 115 Watt; |I_C| ≤ 15 A; |U_CEO| ≤ 60 V; B = 20…70 (bei |I_C| = 4 A); Transitfrequenz min. 0,8 MHz
• TO-220-Gehäuse, Darlington-Transistoren: TIP130…132 (npn)/ TIP135…137 (pnp); Kollektorströme bis 8 Ampere, Stromverstärkung min. 1000 (bei 4 Ampere Kollektorstrom), Sperrspannung 60 bis 100 Volt.

Darlington-Transistoren vereinen zwei Transistoren in einem Gehäuse auf einem Chip, wobei der kleinere davon in einer Emitterfolger-Schaltung der Ansteuerung der Basis des größeren dient. Die Stromverstärkung ist höher (1.000 bis 10.000), die Sättigungsspannung jedoch ebenfalls.

Gehäuse-Bauformen

Diskrete Bipolartransistoren werden abhängig vom Einsatzzweck in unterschiedlichen Gehäusen untergebracht. Die gängigsten Gehäuseformen sind:

• Bedrahtete Gehäuse (Durchsteckmontage, kurz THT von engl. through hole technology):
  • TO-92 (Plastikgehäuse 5 × 5,2 mm²)
  • TO-18 und TO-39 (becherförmige Metallgehäuse, vergossen; veraltet)
  • TO-220 (Plastikgeh. mit Lasche zur Kühlkörper-Montage, 9,9 × 15,6 mm²)
  • TO-218 (15 × 20,3 mm²; Plaste mit Metall-Kühlfläche)
  • TO-247 (Plastikgeh. mit Metallfläche zur Kühlkörper-Montage)
  • TO-3 (Metallgehäuse zur Kühlkörper-Montage; veraltet)
  • TO-3P (ähnlich TO-218; mit Metallfläche zur Kühlkörper-Montage)

• Gehäuse für Oberflächenmontage (SMD von engl. surface mounted device); Wärmeableitung über Lötverbindungen zur Leiterplatte:
  • SOT-23 (1,3 × 2,9 mm²)
  • SOT-89 (2,6 × 4,5 mm²)
  • SOT-223 (3,5 × 6,5 mm²)
  • D-PAK, D2-PAK (höhere Verlustleistungen)

Siehe auch

• Halbleiter-Kennbuchstaben
• Heterojunction Bipolar Transistor
• Transistorgrundschaltungen
• IGBT (eine Mischung aus bipolarem Transistor und MOSFET)
• Liste von Halbleitergehäusen

Literatur

• Ulrich Tietze, Christoph Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. 12. Auflage. Springer, Berlin 2002, ISBN 3-540-42849-6. 
• Stefan Goßner: Grundlagen der Elektronik. Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen. 7. Auflage. Shaker Verlag GmbH, Aachen 2008, ISBN 978-3-8265-8825-9. 

Weblinks

• Datasheet Catalog. Abgerufen am 21. September 2009 (englisch, Datenblattsammlung elektronischer Bauelemente). 
• Philipp Laube: Aufbau eines Bipolartransistors. In: halbleiter.org. 2009, abgerufen am 21. September 2009 (Grundlagen und Fertigungsschritte zur Herstellung von Bipolartransistoren).