Bipolartransistor

Bipolartransistoren sind Transistoren, die aus zwei pn-Übergängen und damit insgesamt aus drei unterschiedlich dotierten Schichten desselben Grundmaterials bestehen. Dabei können die dotierten Zonen in der Folge npn oder pnp aneinandergereiht sein. Dementsprechend unterscheidet man zwischen pnp-Transistoren und npn-Transistoren.
An den Leitungsvorgängen im Transistor sind sowohl Elektronen als auch Defektelektronen beteiligt. Die drei unterschiedlich dotierten Schichten der Bipolartransistoren heißen Emitter (E), Basis (B) und Kollektor (C). Alle drei Schichten sind mit einem Spannungsanschluss versehen. Indem man an diesen Anschlüssen äußere Spannungen anlegt, kann man die Breite der pn-Übergänge und daher ihren Widerstand beeinflussen. Damit lassen sich Ströme mithilfe von Transistoren steuern.

Wirkungsweise eines Transistors

Um die grundlegende Wirkungsweise eines Transistors zu verstehen, darf man die beiden pn-Übergänge als zwei hintereinandergeschaltete Dioden ansehen, deren Durchlassrichtungen entgegengesetzt sind.

Legt man zwischen Emitter und Kollektor eine Spannung, dann wird durch den Transistor - egal wie die Spannungsquelle gepolt ist - kein Strom fließen. Man nennt den Stromkreis zwischen E und C den Kollektorstromkreis.

Schaltet man zwischen E und B eine weitere Spannungsquelle ein, dann kann bei entsprechender Polung der pn-Übergang zwischen Emitter und Basis die Durchlassrichtung geschaltet werden. Bei einem npn-Transistor fließen dann Elektronen von E nach B im so genannten Basisstromkreis. Mit einem Strommesser kann man diesen Elektronenfluss als Basisstrom nachweisen.

Die Elektronen, die von E kommend in die Basis gelangen, beeinflussen auch den pn-Übergang zwischen B und C. Dies hängt mit der geringen Dicke der Basis zusammen. Ist der Kollektor mit dem positiven Spannungspol im Kollektorstromkreis verbunden, dann werden die negativ geladenen Elektronen zum Kollektor hin aus der Basis abgesaugt. Nur etwa 1 % der Elektronen erreichen den Basisanschluss oder anders formuliert: Da wesentlich mehr Elektronen in den Kollektorstromkreis gelangen, fließt dort ein wesentlich größerer Strom als im Basisstromkreis.

Transistor als Schalter und als Verstärker

Im Kollektorstromkreis eines Transistors fließt nur dann ein Strom, wenn zwischen Emitter und Basis eine Spannung anliegt. Ist diese Spannung null, so fließt kein Kollektorstrom. Mit dem Basisstrom kann also der Kollektorstrom ein- bzw. ausgeschaltet werden. Damit kann ein Transistor als elektronischer Schalter genutzt werden. Der Zusammenhang zwischen der Basis-Emitter-Spannung und der Kollektorstromstärke kommt in der $I_C$-$U_{BE}$-Kennlinie zum Ausdruck (Bild 2).

Die Verstärkerwirkung von Bipolarstransistoren beruht darauf, dass eine kleine Änderung der Basisstromstärke eine große Änderung der Kollektorstromstärke hervorruft (Bild 3). Der Quotient aus der Änderung der Kollektorstromstärke und der Änderung der zugehörigen Basisstromstärke wird als Stromverstärkungsfaktor B bezeichnet:

$B=\frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$

Bei dem Transistor, dessen Kennlinie in Bild 4 dargestellt ist, beträgt der Stromverstärkungsfaktor B = 100. Das ist ein durchschnittlicher Wert.