Wichtige Transistor-Kennwerte und Gehäusetypen für Bipolar-Transistoren

Transistoren haben wie alle Halbleiterbauelemente begrenzte Spannungs- und Stromgrenzen, jenseits derer sie versagen. Aufgrund ihrer komplexen internen Struktur weisen BJTs eine breitere Palette an Kenndaten auf als einfachere Komponenten. Die folgenden Abschnitte beschreiben die gängigsten Spezifikationen.

Leistungsverlust

Wenn ein Transistor zwischen Kollektor und Emitter leitet, fällt Spannung an diesen Anschlüssen ab. Der momentane Leistungsverlust ist einfach das Produkt aus Kollektorstrom (I_C) und Kollektor-Emitter-Spannung (V_CE). Hersteller geben eine maximale kontinuierliche Leistung an, die das Bauelement sicher abgeben kann, ohne zu überhitzen.

Thermische Aspekte sind entscheidend: Bipolartransistoren sind hitzeempfindlicher als viele andere Halbleiter. Leistungsangaben beziehen sich stets auf eine Umgebungstemperatur von 25 °C. In wärmeren Umgebungen muss die zulässige Leistung deratet werden, um vorzeitigen Ausfall zu vermeiden.

Sperrspannungen

Wie Dioden haben BJTs maximale Sperrspannungsgrenzen für jede ihrer PN-Übergänge. Dazu gehören Emitter-Basis (V_EB), Kollektor-Basis (V_CB) und Kollektor-Emitter (V_CE) Spannungen. Typische Kleinsignaltransistoren vertragen ca. 7 V am Emitter-Basis-Übergang; Überschreitung kann das Bauelement beschädigen. Die Kollektor-Emitter-Spannung, kritisch für Schaltanwendungen, liegt üblicherweise bei 60–80 V für Kleinsignalteile und kann bei Hochleistungsbauelementen wie CRT-Ablenktransistoren 1 kV erreichen.

Kollektorstrom

Das Datenblatt listet einen maximalen Kollektorstrom (I_C,max). Kleinsignal-BJTs unterstützen typischerweise zehn bis hundert Milliampere, während Leistungstransistoren zehn Ampere handhaben. Der Maximalwert gilt für Sättigung (V_CE ≈ 0 V). Arbeitet der Transistor außerhalb der Sättigung, kann der Leistungsverlust den Nennwert überschreiten, bevor der Stromgrenzwert erreicht wird.

Sättigungsspannungen

In Sättigung verhält sich ein BJT wie ein niederohmiger Schalter. Hersteller geben ein maximales V_CE(sat) für eine gegebene Basistreibstärke an. Werte nahe 0,3 V sind bei Niedrigleistungsbauteilen üblich; höhere Treiberströme können dies weiter reduzieren. Der Basis-Emitter-Vorwärtsabfall (V_BE) beträgt typischerweise ≈0,7 V, ähnlich einer Siliziumdiode.

Beta (h_FE)

Beta ist das Verhältnis von Kollektor- zu Basisstrom und definiert die Stromverstärkung eines Transistors. Es ist keine feste Zahl; Hersteller geben Minimum-, Typ- und Maximumswerte über einen Bereich von Betriebsbedingungen an. Beispielsweise kann der 2N3903 β von 15 bis 150 haben, abhängig von I_C. Beta erreicht sein Maximum bei mittleren Strömen und fällt bei sehr niedrigen und hohen Strömen ab.

Alpha (α)

Alpha, das Verhältnis von Kollektor- zu Emitterstrom, hängt über α = β/(β + 1) mit Beta zusammen. Obwohl seltener zitiert, ist es für Hochfrequenz- und Präzisionsanalysen nützlich.

Gehäusetypen

Das physische Gehäuse bestimmt die thermische Leistung eines Transistors. Kleine Kunststoffgehäuse wie TO-92 können einige hundert Milliwatt abgeben, während Metallgehäuse wie TO-18 und TO-39 mehrere hundert Milliwatt vertragen. Kunststoff-Leistungsgehäuse – TO-220 und TO-247 – sind für über 100 W ausgelegt und erreichen fast die Fähigkeit von Ganzmetall-TO-3-Gehäusen. Diese Gehäuse besitzen eine wärmeleitende Metalllasche, die an einen Kühlkörper angebracht wird; dünne Wärmeleitpaste verbessert den Wärmeübergang. Ohne Kühlkörper kann ein TO-220 in freier Luft nur etwa 1 W sicher abgeben. Datenblattwerte setzen ordnungsgemäße Kühlung und eine Derating-Kurve versus Gehäusetemperatur voraus.

Transistorgehäuse gibt es in vielen standardisierten Größen. Die Pin-Belegung kann selbst innerhalb derselben Gehäusefamilie variieren, daher immer die Teilenummer konsultieren oder elektrische Tests durchführen, um das Bauelement zu bestätigen.

Kurzübersicht

• Leistungsverlust – maximale dauerhafte Wattzahl.
• Sperrspannungen – V_CE, V_CB, V_EB Grenzen.
• Kollektorstrom – I_C,max.
• Sättigungsspannung – V_CE(sat) im voll leitenden Zustand.
• Beta – β = I_C/I_B.
• Alpha – α = I_C/I_E = β/(β + 1).
• Gehäuse – größere Gehäuse ermöglichen höheren Leistungsverlust.

Verwandte Arbeitsblätter

• Bipolar Junction Transistor (BJT) Theory Worksheet