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7. Bipolare Transistoren 

7.1 Arbeitsweise von Transistoren 

Die Arbeitsweise von bipolaren Transistoren beruht auf der Wirkung von zwei PN-Übergängen 

innerhalb eines Germanium- oder Silizium-Einkristalls. Transistoren aus Mischkristallen (z.B. 

Galliumarsenid) sind in der Entwicklung und Erprobung. An den inneren Leitungsvorgängen sind 

Ladungsträger beider Polarität beteiligt (bipolar). 

NPN-Transistor 

Das Kristall eines NPN-Transistors besteht aus zwei N-leitenden Zonen, zwischen denen sich eine 

sehr schmale, niedrigdotierte P-leitende Zone (Basis) befindet. Die eine hochdotierte N-Zone wird 

Emitter genannt, die andere N-Zone heißt Kollektor. 

N P N 

Wird an die Basis gegenüber dem 

Emitter eine kleine positive Spannung 

(0,6 V ≤ UBE ≤ 0,8 V) angelegt, dann 

wird die Sperrschicht abgebaut und 

Ladungsträger (Elektronen) in die 

Basis injiziert. 

Emitterschicht in Durchlassrichtung 

vorgespannt 

(Elektronenstrom -IF) 

Bei spannungslosem Emitter und ohne 

injizierte Ladungsträger in der P-Zone 

fließt über die Sperrschicht (Kollektor- 

Basis) nur ein sehr kleiner Sperrstrom, 

der überwiegend thermisch bedingt ist. 

PN-Übergang (Kollektor-Basis) 

in Sperrrichtung vorgespannt 

Wird der PN-Übergang (Emitter-Basis) mit einer kleinen Spannung geöffnet, gelangen über 

die Emitterschicht Elektronen in die sehr schmale mittlere P-Zone. Das starke positive Feld 

des in Sperrrichtung vorgespannten PN-Überganges (Kollektor-Basis) zieht die injizierten 

Elektronen an. Auf diese Weise gelangt der größte Teil der vom Emitter ausgesandten 

negativen Ladungsträger in die Kollektorzone. Hier entsteht folglich ein von der Sperrspannung 

getriebener Elektronenstrom. Nur ein sehr kleiner Anteil, der aus der Emitterschicht 

injizierten Ladungsträger, fließt unmittelbar über die Basis zur Emitterspannungsquelle 

zurück. 

-I E 

E C 

U F 

B 

-I F 

N P N 

E C 

B 

U R 

N P N 

E C 

B 

-I B 

Der Anteil der vom Emitter 

über die Basis bis zum 

Kollektor gelangenden Ladungsträger 

ist rd. 20-... 

300-mal größer als der 

unmittelbare Elektronenstrom 

der Basis. 

Elektronenströme eines 

NPN-Transistors 

G. Schenke, 1.2008 Bauelemente der Elektrotechnik FB Technik, Abt. E+I 72 

-I C

Der in den Emitter hineinfließende Elektronenstrom wird als Emitterstrom -IE bezeichnet. Der 

Elektronenstrom, der aus dem Kollektor herausfließt, heißt Kollektorstrom -IC. Aus der Basis 

heraus und unmittelbar zum Emitter zurück fließt der Basisstrom -IB als Elektronenstrom. 

NPN-Transistor mit 

genormten Schaltzeichen 

Die an Emitter und Basis in Durchlassrichtung liegende Spannung wird als Emitter-Basis- 

Spannung UBE bezeichnet. Die über den Kollektor gelegte Spannung in Sperrrichtung heißt 

Kollektor-Basis-Spannung UCB. Die Spannung UCE ist vom Kollektor auf den Emitter bezogen. 

Es gilt: 

U = U + U 

(7.1) 

CE 

CB 

BE 

Der Emitterstrom IE setzt sich zusammen aus dem Kollektorstrom IC und dem Basisstrom IB. 

I = I + I 


E 

C 

I E 

B 

U BE 

U CE 

E C 

B 

I B 

U CB 

Verstärkereigenschaften des Transistors 

Die Ladungsträgerinjektion vom Emitter in den Basisraum erfordert nur einen kleinen 

Spannungsbetrag UBE. Der größte Anteil des injizierten Stromes IE wird von der Kollektorelektrode 

aufgenommen. Der jetzt genannte Strom IC lässt sich vom wesentlich kleineren Basisstrom 

IB steuern. Mit dem Transistor ist demnach eine Stromverstärkung erreichbar. 

Der Strom IC lässt sich gegen die relativ hohe Spannung UCB durch den Lastwiderstand treiben. 

Da zur Steuerung die kleine Spannung UBE dient, ist eine gewisse Spannungsverstärkung mit dem 

Transistor möglich. 

Kleine Basisstromänderungen gehören zu großen Kollektorstromänderungen. 

Kleine Basisspannungsänderungen führen zu großen Kollektorspannungsänderungen (bez. auf 

den Emitter). 

PNP-Transistor 

Wird ein Kristall in der Folge PNP dotiert, ist die Emitterzone P-leitend, die Basis N-leitend und 

die Kollektorzone P-leitend. 

Um den Emitter-PN-Übergang zu öffnen, muss eine positive Spannung -UBE an den Emitteranschluss 

gelegt werden. Der Emitter injiziert daraufhin positive Ladungsträger (Löcher bzw. 

Defektelektronen) in die Basiszone, die bei anliegender Spannung -UCB durch die hohe Feldstärke 

in der Basis-Kollektor-Sperrschicht in die Kollektorzone gelangen. 

Spannungen und Ströme beim PNP-Transistor haben gegenüber dem NPN-Transistor umgekehrte 

Vorzeichen und Richtungspfeile. 


I C

I E 

-U BE 

-U CE 

E C 

PNP-Transistor mit 

genormten Schaltzeichen 

7.2 Aufbau und Bauformen bipolarer Transistoren 

Legierungstransistoren 

Zwei kleine Tropfen eines dreiwertigen Metalls werden auf beiden Seiten des Kristalls in Nleitendes 

Gebiet eingeschmolzen. Es bildet sich eine dünne Legierungsschicht aus Halbleitermaterial 

und Dotierungselement. 

E 

P 

P 

B 

I B 

N 

Lötung 

C und Gehäuse 

-U CB 

PNP-Legierungstransistor im Schnitt 

Anwendung: NF-Verstärker, Impedanzwandler, 

Grenzfrequenz rd. 500 kHz 

Drift-Field-Transistor 

Der Drift-Field-Transistor ist eine Weiterentwicklung des Legierungstransistors. Das Basismaterial 

besteht aus Schichten verschiedener Dotierung. 

Anwendung: Schneller Schalttransistor, Grenzfrequenz rd. 100 MHz 

Diffusionstransistoren 

Die Dotierungsstoffe werden bei hoher Temperatur in gasförmigem Zustand dem Halbleiterkristall 

zugeführt. Dabei diffundieren die Dotierungsstoffe langsam in den Kristall. 

Beim einfach diffundierten Transistor (MESA) wird der Kristall beidseitig den Dotierungsstoffen 

ausgesetzt. Diese dringen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in den Kristall. Dabei entsteht 

ein Dotierungsgefälle. 

P 

N 

P 

E 


PNP-Diffusions-MESA- 

Transistor 

Anwendung: HF-Verstärker, 

Oszillatoren, Chopper, Grenzfrequenz 

rd. 40 MHz 


B 

I C 

B

Beim doppelt diffundierten Transistor erhält die Kollektorzone eine schwächere Dotierung. 

Anwendung: Schalter in schnellen Digitalschaltungen 

Planar-Transistoren werden unter Zuhilfenahme fotolithografischer Verfahren hergestellt. Nach 

dem Planar-Verfahren werden auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens Masken erzeugt. Mit 

Hilfe dieser abdeckenden Masken aus Siliziumdioxid erfolgt nur eine Dotierung an bestimmten 

vorgesehenen Punkten. Zur Herstellung sind mehrere Masken und Dotierungen erforderlich. 

Planartransistoren werden doppelt oder dreifach - Kollektorzone erhält hier zwei verschieden 

starke Dotierungen - diffundiert hergestellt. 

Die Planartechnik ist zur Zeit das bedeutendste Herstellungsverfahren für Silizium-Halbleiterelemente. 

Sie ermöglicht es, eine große Anzahl gleicher oder individueller Bauelemente auf 

einem Siliziumblättchen unterzubringen (monolithische Technik). 

Siliziumdioxid 

E B 


NPN-Planartransistor im Schnitt Fingerstruktur von Emitter und 

Basis beim Planartransistor 

Durch die Fingerstruktur von Emitter und Basis wird der Bahnwiderstand verkleinert, die Basis- 

Emitterkapazität klein und das Schaltverhalten von Leistungstransistoren verbessert. 

Anwendung: Schalttransistor in Digitalrechnern, Leistungs-Schalttransistoren 

Grenzfrequenz rd. 300 MHz, hohe Kollektorspannung 

Epitaxialtransistoren 

Bei der Herstellung von Epitaxialtransistoren wachsen auf der Oberfläche des Halbleitermaterials 

Epitaxialschichten in einer Hochtemperatur-Reaktionskammer. Der Wachstumsprozess erfolgt 

Atom auf Atom, so dass der regelmäßige Atomaufbau des Grundkristalls erhalten bleibt. 

Auf einen hochdotierten Kollektor wird eine gering dotierte Basisschicht aufgebracht. Die 

Emitterzone entsteht durch Diffusion in der Basiszone nach dem Planarverfahren. 

B 

N 

P 

N 

N 

N 

E 


NPN-Epitaxialtransistor 

P 

Siliziumdioxid 

eindiffundierte 

Emitterschicht 

Epitaxialschicht 

Grundkristall 

Durch gut kontrollierbare Herstellung 

werden eingeengte Transistor- 

Kennwerte mit kleinem Kollektorwiderstand 

erzielt. 

Beim Epitaxial-Zweischichttyp 

liegt über der hochdotierten 

Kollektorzone eine niedrigdotierte 

Kollektor-Epitaxialschicht. Darüber 

wird die Basisschicht aufgebracht. 

G. Schenke, 1.2008 Bauelemente der Elektrotechnik FB Technik, Abt. E+I 75

Der Overlay-Transistor ist wie der doppelt diffundierte Epitaxialtyp aufgebaut, jedoch mit einer 

großen Zahl parallel geschalteter Emitter. Die Umschaltzeiten werden weiter verkürzt. Die 

Grenzfrequenz liegt bei rd. 1 GHz (Transistor für sehr schnelle Schaltfunktionen). 

MIS-Transistoren (metal-insulator-silicon-junction-type) werden nach dem Epitaxial-Planarverfahren 

hergestellt und zum Schutz gegen eindringende Fremdionen zusätzlich mit Silicon- 

Nitrid geschützt. Diese Transistoren haben eine sehr große Langzeitkonstanz. 

In integrierten Schaltungen müssen die einzelnen Transistoren untereinander und gegen die 

anderen Bauelemente isoliert werden. 

Integrierter 

Transistor mit 

vergrabener 

Schicht zur 

Verminderung des 

Kollektorbahnwiderstandes 

Bauformen 

Es gibt eine Vielzahl genormter Transistorgehäuse. Bei Leistungstransistoren erfolgt die Wärmeübergabe 

über den Gehäuseboden, der gleichzeitig der Kollektoranschluss ist oder mit dem 

Kollektor leitend verbunden ist. 

0,4 · 0,4 

2,5 

4,2 

E B C 

14,1 5,2 

5,2 

TO-92 m = 0,25 g Maße in mm 

0,5 

13,5 6,6 

Emitter Basis Kollektor 

n + n 

-Kollektorkontaktzone 

+ p 

n-Epi 

n 

Isolationszone 

+ p 

-vergrabene Schicht 

+ p + 

8,4 

p-Substrat 


2,5 

C E B 

9,2 

5,0 


0,45 

4,75 

E B C 

13,5 5,2 

2,54 


E 

C 

B 

0,8 · 0,5 

16,2 

1,25 

3,0 

10,7 

3,7 


Standard- und Kleinleistungsgehäuse für Transistoren 

Das Kunststoffgehäuse TO-92 (oben links, z.B. BC 547) und das Metallgehäuse TO-18 (oben 

rechts, z.B. BC 107, Kollektor mit dem Gehäuse verbunden) finden Anwendung für Transistoren 

zur Verwendung in NF-Vor- und Treiberstufen. Das Metallgehäuse TO-39 (unten links, z.B. 

BC 141, Kollektor mit dem Gehäuse verbunden).findet Anwendung für Transistoren für NF- 

Schalter-Anwendungen bis 1 A Das Kunststoffgehäuse TO-126 (unten rechts, z.B. BD 140) 

findet Anwendung für NF-Treiber- und Endstufen mittlerer Leistung. Der Kollektor ist mit der 

5,5 

7,6

metallischen Montagefläche des Transistors verbunden. Die Gehäuse TO-18, TO-39 und TO-126 

können mit Kühlkörper betrieben werden. 

BC 547 (TO-92), BC 107 (TO-18), BC141 (TO-39), BD 141 (TO-126) und 2N 3055 (TO-3) 

Für HF-Transistoren sind induktivitäts- und kapazitätsarme Anschlüsse wichtig. Die Gehäuse sind 

den in der HF-Technik üblichen Aufbautechniken angepasst (z.B. Gehäuse mit Streifenleitungsanschlüssen). 

Transistoren für Oberflächenmontage erfordern sehr kleine Abmessungen. Gehäuse aus Epoxydharz 

sind preiswert; Metall-Keramik-Gehäuse sind hermetisch dicht, allerdings wesentlich teurer. 

C 

B 

E 

Länge 3,0 mm 

Breite 2,6 mm 

Tiefe 1,1 mm 

0,9 1,1 0,9 

7.3 

SMD-Transistorgehäuse SOT-23 mit Abmessungen und Lötflächen Auslegung 

Kennlinienfelder und Kennwerte 

Die drei Grundschaltungen, in denen sich ein Transistor betreiben lässt, sind die Basisschaltung 

(Basis an Masse), die Emitterschaltung (Emitter an Masse) und die Kollektorschaltung (Kollektor 

an Masse). Die häufigste Schaltung ist die Emitterschaltung, mit der sich gleichzeitig eine Stromund 

Spannungsverstärkung erzielen lässt. Der Emitter liegt am gemeinsamen Pol des Eingangsund 

Ausgangskreises. Die Basis dient dabei als Eingangs-, der Kollektor als Ausgangselektrode. 

Da Transistorschaltungen üblicherweise mit der Vierpoltheorie berechnet werden, benötigt man 

für diese Berechnungen die sogenannten Vierpolparameter, die das Signalverhalten eines Transistors 

kennzeichnen. Die folgenden Kennwerte und Kennlinien beziehen sich grundsätzlich auf die 

Emitterschaltung. 

Eingangskennlinie 

Die Eingangskennlinie zeigt den 

Zusammenhang zwischen der Basis- 

Emitter-Spannung UBE und dem 

Basisstrom IB. Die Emitter-Basis- 

Strecke ist praktisch vergleichbar mit 

einer in Durchlassrichtung betriebenen 

Diode. Zum Abführen der 

injizierten Ladungsträger wird der 

IB A 

V 

UBE 

V 

UCE Ri Kollektor mit einer konstanten 

Spannung UCE ≥ 1 V vorgespannt. 

stellbare Gleichspannungsquelle 

Ri ~ 

0 

Schaltung zur Aufnahme der Eingangskennlinie 


0,8 

0,8 

1,2

0,4 

0,3 

I B/mA 

0,2 

0,1 

Der Anstieg der IB-UBE- 

Kennlinie in einem bestimmten 

Kennlinienpunkt 

A ergibt den differentiellen 

Eingangswiderstand rBE in 

diesem Kennlinienpunkt. 

Eingangskennlinien von 

Transistoren 

Aus der Basis-Emitter-Spannungsänderung ∆UBE und der Basisstromänderung ∆IB lässt sich der 

differentielle Eingangswiderstand rBE berechnen, der dem Vierpolparameter h11e entspricht. 

∆U 

BE 

h11e = rBE 

= 

(für UCE 

∆I 

Ausgangskennlinie 

Die Ausgangskennlinie zeigt 

den Zusammenhang zwischen 

Kollektorstrom IC und Kollektorspannung 

UCE. Der Basisstrom 

IB ist hierbei der Parameter. 

Schaltung zur Aufnahme der 

Ausgangskennlinie 

B 

konstant) 

Der Anstieg der IC-UCE-Kennlinie in einem bestimmten Arbeitspunkt A ergibt den differentiellen 

Ausgangswiderstand rCE in diesem Arbeitspunkt. 

Aus der Kollektor-Emitter-Spannungsänderung ∆UCE und der Kollektorstromänderung ∆IC lässt 

sich der differentielle Ausgangswiderstand rCE berechnen, dessen Kehrwert dem Vierpolpa- 

rameter h22e (differentieller Ausgangsleitwert) entspricht. 

h 22e 

= 

1 

r 

= 

∆IC 

∆U 

(für IB 

= konstant) 

CE 

U CE = 1 V 

CE 

A 

U BE 

Germanium- 

Transistor 

∆IB 

0 

0 0,2 

∆ 

0,4 0,6 

UBE/V 0,8 1,0 

= 

R i 

stellbare Gleichstromquelle 

R i >> r be 

Silizium- 

Transistor 

Folgende Kennwerte lassen sich den Ausgangskennlinien entnehmen: 

- Der differentielle Ausgangswiderstand rCE oder der Ausgangsleitwert h22e in einem 

bestimmten Kennlinienpunkt. 

- Die Sättigungs- oder Restspannung UCEsat. Diese Restspannung zwischen Emitter und 

Kollektor hat einen Einfluss bei der Verstärkung großer Signale und im Anwendungsfall als 

Schaltverstärker. 


I B 

A 

U BE 

V 

U CE 

A 

I C 


R i 

stellbare Gleichspannungsquelle 

R ~ i ~ 0 

(7.4)

- Der Zusammenhang von 

dem Basisstrom IB und dem 

Kollektorstrom IC (Strom- 

Steuerkennlinie). 

Ausgangskennlinie des NPN- 

Transistors BCY 59 

Stromsteuerungskennlinienfeld 

Stromsteuerkennlinien 

I C = f{I B} U CE = Parameter 

U CE = 5 V 

U CE = 1 V 

100 

I C/mA 

50 

Ausgangskennlinienfeld 

I C = f{U CE} I B = Parameter 

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1 2 3 4 5 

IB/mA UCE/V Stromsteuerungskennlinienfeld mit zugehörigem Ausgangskennlinienfeld 

Die für einen bestimmten Arbeitspunkt A geltende Gleichstromverstärkung B, auch Kollektor- 

Basis-Gleichstromverhältnis genannt, kann dem Stromsteuerungskennlinienfeld entnommen 

werden. Die Gleichstromverstärkung B gibt an, wie groß der Kollektorstrom IC bei einem 

bestimmten Basisstrom IB ist. 

IC 

B = 


I 

B 

100 

80 

60 

I C/mA 

40 

20 

0,45 0,40 0,35 


0,30 

I B = 0,05 mA 

0 0 10 20 30 40 50 

U CE/V 

0,5 

0,4 

0,3 

0,2 

I B = 0,1 mA 

0,25 

0,20 

0,15 

0,10

In einem bestimmten Arbeitspunkt A lässt sich aus der Kollektorstromänderung ∆IC und der 

Basisstromänderung ∆IB der differentielle Stromverstärkungsfaktor β berechnen, der dem Vierpolparameter 

h21e entspricht. 

∆IC 

h 21e 

= β = (für UCE 

= konstant) 


∆I 

B 

Rückwirkungskennlinienfeld 

Eine Vergrößerung der Kollektor-Emitter-Spannung UCE führt zur Vergrößerung der Spannungen 

UCB und UBE. 

Die Rückwirkung vom Ausgang auf den Eingang ist sehr unerwünscht und sollte deshalb sehr 

gering sein. Das Maß für die Rückwirkung ist der differentielle Rückwirkungsfaktor D. 

Aus der Basis-Emitter-Spannungsänderung ∆UBE und der Kollektor-Emitter-Spannungsänderung 

∆UCE lässt sich der differentielle Rückwirkungsfaktor D berechnen, der dem Vierpolparameter 

h12e entspricht. 

h12e = D = 

∆U 

BE 

∆UCE 

(für IB 

20 

∆IC 

200 100 

I B/µA 

h 11 

h 21 

UCE = 6 V ∆IB 

IC = f{IB} UCE Parameter 

U ∆I 

CE = 6 V B 

UBE = f{IB} UCE Parameter 

15 

IC/mA 10 

5 

∆UBE 

= 

konstant) 

0,2 

0,4 

0,6 

0,8 

1,0 

2 

U BE/V 

4 6 8 

UCE/V 10 

Vierquadrantenkennlinienfeld zur Bestimmung 

der Vierpolparameter h11e, h12e, h21e und h22e 

I B = 100 µA 

Transistorarbeitspunkt 

Ein Transistor benötigt zum Betrieb bestimmte Spannungswerte für UCE und UBE und bestimmte 

Stromwerte für IC und IB. Diese Werte können unter Berücksichtigung ihrer gegenseitigen 

Abhängigkeit in einem gewissen Bereich frei gewählt werden. 


200 

∆UBE 

I C = f{U CE} 

I B Parameter 

∆UCE 

h 22 

h 12 

∆UCE 

UBE = f{UCE} IB Parameter 

I B = 150 µA 

I B = 100 µA 

∆IC 

I B = 50 µA 


Zwei der vier Größen 

UCE, UBE, IC und IB 

bestimmen den Arbeitspunkt 

des Transistors. 

Üblich legt man mit 

RC UCE und IB den Arbeitspunkt 

fest. 

RV Die Betriebsspannung 

Ub liegt meist fest. Jetzt 

IC wird der Lastwiderstand 

RC so gewählt, 

IB Ub dass sich bei dem gewünschten 

Basisstrom 

IB die gewählte Kollektor-Emitter-Spannung 

UCE einstellt. 

UBE UCE Basisvorspannungseinstellung mit Vorwiderstand 

Beispiel: Ub� = 12 V, IB = 100 µA, UCE = 6 V. Im Vierquadrantenkennlinienfeld wird aus den 

Vorgaben IB und UCE der Kollektorstrom IC� = 10 mA bestimmt. 

Der Lastwiderstand RC wird nach Gl. 7.8 berechnet. 

R C = 

Ub 

− UCE 

IC 


Bei der Basisvorspannungseinstellung mit Vorwiderstand RV wird dieser für den gewünschten 

Basisstrom IB aus Ub und UBE berechnet. 

R V = 

Ub 

− U BE 

I 


B 

Beispiel: RC = 600 Ω, RV = 113 kΩ. 

Bei der Basisvorspannungseinstellung mit Spannungsteiler soll der Strom durch R2 das 2 bis 

10fache des Basisstromes betragen. 

UBE 

R 2 = 


( 2... 

10) ⋅ I 

R 1 

R 2 

B 

I B 

U BE 

R C 

I C 

U CE 

Basisvorspannungseinstellung 

mit Spannungsteiler 

Durch R1 fließt der Basisstrom und 

der Strom durch R2. 

Beispiel: R2 = 3,3 kΩ 

gewählt, R1 = 36,2 kΩ. 


U b 

R 

1 

= 

U 

I 

B 

b 

− U 

U 

+ 

R 

BE 

BE 

2 


Steuerung des Transistors 

Nach Einstellung des Arbeitspunktes kann der Transistor gesteuert werden. Die Gleichspannungsund 

Gleichstromwerte des Arbeitspunktes werden gekennzeichnet. Für das Beispiel gilt: 

- UCE = 6 V, IC = 10 mA, UBE = 0,68 V, IB = 100 µA. 

Die Basis erhält nun beispielhaft zum Gleichstrom IB einen sinusförmigen Wechselstrom mit 

einem Scheitelwert von îB = 50 µA. Im Kennlinienfeld wird die Widerstandsgerade für RC mit Ub 

(UCE-Achse) und Ub/RC (IC-Achse) festgelegt. Der Gesamtbasisstrom schwankt zwischen einem 

Kleinstwert von 50 µA und einem Größtwert von 150 µA. 

Die Änderung des Basisstromes hat eine Änderung des Kollektorstromes zur Folge. Der Gesamtkollektorstrom 

schwankt jetzt zwischen einem Kleinstwert von 5 mA und einem Größtwert von 

15 mA. Der Wechselstrom ist nahezu sinusförmig; er hat einen Scheitelwert von îC = 5 mA. 

Der Kollektorstrom erzeugt am Lastwiderstand RC einen entsprechenden Spannungsfall. Die 

Gesamtkollektorspannung des Transistors schwankt zwischen 9 V und 3 V. Die Kollektor- 

Wechselspannung hat einen Scheitelwert von ûCE = 3 V. 

Zum Basisstrom gehört immer eine Basisspannung. Diese kann aus dem UBE-IB-Kennlinienfeld 

entnommen werden (ûBE = 0,1 V, nicht sinusförmig). 

Eingangsgrößen u1(t), i1(t) Ausgangsgrößen u2(t), i2(t) 

Steuerung des Transistors im Vierquadrantenkennlinienfeld 

Für die Emitterschaltung können die Spannungsverstärkung Vu, die Stromverstärkung Vi und die 

Leistungsverstärkung Vp angegeben werden. 

Vu = 

û CE 

û 

Vi 

= 

îC 

î 

Vp 

= Vu 

⋅ Vi 


BE 

i 1(t) 

200 100 

IB/µA A 

I C/mA 

A 

U b/R C 

15 

10 

5 

B 

0,2 

0,4 

0,6 

0,8 

1,0 

i 2(t) 

2 

u 1(t) 

U BE/V 

4 6 8 10 

UCE/V G. Schenke, 1.2008 Bauelemente der Elektrotechnik FB Technik, Abt. E+I 82 

u 2(t) 

A 

I B = 150 µA 

I B = 100 µA 

I B = 50 µA 

U b

Bei der Emitterschaltung ist die Ausgangswechselspannung U2 gegenüber der Eingangsspannung 

U1 um 180° phasenverschoben. 

Will man eine möglichst verzerrungsarme Signalverstärkung, so muss man darauf achten, dass 

der zeitliche Verlauf des Basisstromes dem zeitlichen Verlauf des zu verstärkenden Signals 

entspricht (Stromsteuerung). Der Innenwiderstand der steuernden Spannungsquelle muss groß 

gegenüber dem Transistoreingangswiderstand sein. 

Kollektorwechselstrom und Kollektorwechselspannung haben angenähert den gleichen zeitlichen 

Verlauf wie der Basiswechselstrom. 

Die Spannungssteuerung mit kleinem Innenwiderstand der steuernden Spannungsquelle führt im 

Allgemeinen zu großen Verzerrungen. 

Restströme, Sperrspannungen und Durchbruchspannungen 

ICE0 = Kollektor-Emitter-Reststrom bei offener Basis, 

ICES = Kollektor-Emitter-Reststrom bei kurzgeschlossener Basis, 

IEB0 = Emitter-Basis-Reststrom bei offenem Kollektor, 

weitere Restströme werden in Datenblättern angegeben. 

Die bei der Messung der Restströme angelegten Spannungen nennt man Sperrspannungen. Für 

Sperrspannungen gibt es bestimmte Grenzwerte. 

Wird die höchstzulässige Sperrspannung am Transistor überschritten, so steigt der Sperrstrom 

stark an. Die Durchbruchspannung wird immer für einen bestimmten Stromwert angegeben. 

Die Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung bei offener Basis hat also die Bezeichnung: U(BR)CEO. 

Übersteuerungszustand und Sättigungsspannungen 

Je größer der Basisstrom IB ist, desto mehr steuert ein Transistor durch. Die Spannung UCE wird 

immer kleiner. Bei einem bestimmten Basisstrom wird der kleinste Wert für die Kollektor- 

Emitter-Spannung, die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung UCEsat ≈ 0,2 V erreicht. Der Kollektorstrom 

IC wird nahezu ausschließlich durch den äußeren Stromkreis bestimmt. 

I C 

U b/R C 

5 

4 

3 

0 

U CE sat 

U CE Rest 

Übersteuerungsbereich 

Übersteuerungsgrenze 

U CB = 0 

aktiver Bereich 

Arbeitsgerade 

R C 

I B = 0 

Sperrbereich 

I B 0 

Aussteuerung eines Transistors 

Ab einem bestimmten Steuerzustand 

gilt UCE ≤ UBE. Die 

Kollektordiode ist nicht mehr 

in Sperrrichtung gepolt. Ein 

Transistor befindet sich im 

Übersteuerungszustand, wenn 

Kollektordiode und Emitterdiode 

in Durchlassrichtung 

betrieben werden. Im Übersteuerungszustand 

ist das Innere 

des Transistors von Ladungsträgern 

überschwemmt. 

Im Übersteuerungszustand bei 

Sättigungsspannung erreicht 

die Kollektor-Emitter-Strecke 

ihren kleinsten Widerstandswert. 

Mit der Batteriespannung UB als Leerlaufspannung (1) und dem Kurzschlussstrom UB/RC (5) 

wird die Arbeitsgerade durch den Widerstand RC im Ausgangskennlinienfeld festgelegt. 

I BÜ 


1 

2 

U b 

I B 

I B < 0 

U CE

Sperrbereich: IB ≤ 0; 

aktiver Bereich: zwischen IB = 0 (2) und IB = IBÜ (3); 

Übersteuerungsbereich: zwischen IB = IBÜ (3) mit UCB = 0, UCEsat und IB = IBmax (4) mit UCE Rest. 

Bei Schalttransistoren liegt der Arbeitspunkt im Sperrbereich oder im Übersteuerungsbereich. 

Transistorverlustleistung 

In einem Transistor wird während des Betriebes elektrische Arbeit in Wärme umgesetzt. Der 

Transistor wird dadurch erwärmt. 

Grundsätzlich unterscheidet man eine Kollektor-Emitter-Verlustleistung und eine Basis-Emitter- 

Verlustleistung. Für die Gesamtverlustleistung Ptot gilt: 

P = U ⋅ I + U ⋅ I ≈ U ⋅ I 


tot 

I C 

I C max 

U b/R C 

I C,A 

0 

CE 

BE 

Kühlung von Transistoren 

C 

U CB = 0 

B 

A 

CE 

U CE,A 

Darstellung der Verlusthyperbel 

C 

Die Basis-Emitter-Verlustleistung 

ist vernachlässigbar 

klein gegenüber der 

Kollektor-Emitter-Verlustleistung. 

In den Transistordatenblättern 

wird eine höchstzulässigeGesamtverlustleistung 

bei bestimmten 

Kühlbedingungen angegeben. 

Im Ausgangskennlinienfeld 

wird Ptot ~ PCmax 

als sogenannte Verlusthyperbel 

dargestellt. 

Die höchstzulässige Verlustleistung Ptot, hängt einmal davon ab, welche Sperrschichttemperatur ϑj 

das Transistorkristall vertragen kann; zum anderen hängt sie davon ab, welche Wärmemenge pro 

Zeiteinheit abgeführt wird. 

Die Berechnung der Verlustleistung P von Transistoren und die Bestimmung des Wärmewiderstandes 

Rth erfolgt entsprechend den Angaben für Dioden (Kap. 6.2). 

Temperatureinfluss und Arbeitspunktstabilisierung 

Die meisten Kennwerte von Transistoren sind temperaturabhängig. Die Kennlinien verschieben 

sich etwas bei Temperaturerhöhung. Dies gilt besonders für die Eingangskennlinie IB = f{UBE}. 

Bei gleicher Basis-Emitter-Spannung ergeben sich bei höheren Temperaturen höhere Basisströme. 

Diese haben höhere Kollektorströme zur Folge, sodass der Arbeitspunkt „wegläuft“. 

Der Arbeitspunkt kann mit einem Emitter-Widerstand RE oder mit einem NTC-Widerstand, der 

parallel zum Basisspannungsteiler-Widerstand R2 geschaltet wird, stabilisiert werden. Der NTC- 

Widerstand muss eng mit dem Transistorgehäuse verbunden sein. 

Um den Wechselspannungsfall am Widerstand RE zu vermeiden, wird ein großer Kondensator CE 

parallel geschaltet. 


U b 

I B,A 

P C max 

I B = 0 

U CE

Näherungsweise beträgt IC ~ IE. 

Der Spannungsfall an RE steuert 

bei einem größeren Strom IE 

den Transistor zu, sodass UBE 

und IB kleiner werden. 

In der Praxis beträgt der Spannungsfall 

am Emitterwiderstand 

RE · IE � ≥ 1,0 V ≈ 0,1 · Ub. 

Basisvorspannungseinstellung 

mit Spannungsteiler und 

Emitterwiderstand zur 

Stabilisierung des 

Arbeitspunktes 

Der Arbeitspunkt wird entsprechend den Gl. 7.8, 7.10 und 7.11 festgelegt. Für RC, R2 und R1 gilt: 

Ub 

− IE 

⋅ R E − UCE 

U b − UCE 

R C = 

≈ 

− R 

I 

I 

R 

2 

= 

R 2 

C 

U BE + IE 

⋅ R 

( 2... 

10) ⋅ I 

Ub 

− U BE − IE 

⋅ R E 

R1 = 

⋅ 

I ⋅ R + U + I ⋅ R 

B 

2 

R 1 

I B 

U 2 

B 

E 

BE 

E 

E 

R 

2 

C 

Transistorrauschen 

Ladungsträger führen in Leitern und in Halbleiterkristallen unregelmäßige Bewegungen aus, das 

heißt, sie bewegen sich nicht alle gleich schnell und nicht in gleicher Richtung. Die Ladungsträgerbewegungen 

werden ganz wesentlich durch die Wärmeschwingungen der Atome 

beeinflusst. 

Die unregelmäßigen Ladungsträgerbewegungen führen bei allen Strömen zum sehr kleinen 

Wechselstromanteil, dem sogenannten Rauschstrom. 

An einem Widerstand entsteht so eine Rauschspannung. Die Rauschleistung Pr ist das Produkt aus 

dem Effektivwert der Rauschspannung Ur und dem Rauschstrom IR. Die Rauschleistung PrR eines 

Widerstandes R ist proportional der Temperatur T. Sie wird stets für eine interessierende 

Frequenz-Bandbreite b angegeben. 

2 

U BE 

R C 

I C 

I E 

R E 

U CE 

k = 1,38 · 10 -23 PrR 

= Ur 

⋅ Ir 

= 

Ur 

R 

= 4 ⋅ k ⋅ T ⋅ b 


Ws/K (Boltzmann-Konstante) 

Der Transistor verstärkt die Eingangsrauschleistung PR1 zur Ausgangsrauschleistung PR2, der die 

Rauschleistung des Transistors PRT hinzugefügt wird. 


E 

C E 

U b 




Die Rauschzahl F = PRT2/PR2 gibt das Verhältnis zwischen der tatsächlichen Rauschausgangsleistung 

PRT2 und der Rauschausgangsleistung bei rauschfreiem Transistor PR2 an. 

P = P ⋅ V + P = P + P 


RT2 

R1 

p 

RT 

R2 

RT 

7.4 Transistordaten und Datenblätter 

Kennwerte geben die Betriebseigenschaften des Transistors an. 

Signalkennwerte für die Emitterschaltung: 

- differentieller Eingangswiderstand rBE = h11e 

- differentieller Ausgangswiderstand rCE = 1/h22e 

- differentieller Stromverstärkungsfaktor ß = h21e 

- differentieller Rückwirkungsfaktor D = h12e 

Gleichstromverstärkung B: Sie ist das Kollektor-Basis-Stromverhältnis B = IC/IB. B wird für 

verschiedene Arbeitspunkte angegeben. 

Transistorrestströme: Kollektor-Emitter-Reststrom (Basis mit Emitter verbunden) ICES und 

Kollektor-Basis-Reststrom (offener Emitter) ICB0. 

Durchbruchspannungen: Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung (Basis offen) U(BR)CE0, 

Emitter-Basis-Durchbruchspannung (Kollektor offen) U(BR)EB0, Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung 

(Emitter mit Basis verbunden) U(BR)CES. 

Sperrschichtkapazitäten: Die Kapazitätswerte gelten für bestimmte Sperrspannungen. 

- Kollektor-Basis-Kapazität CCB0 = 6 pF (UCB = 10 V) 

- Emitter-Basis-Kapazität CEB0 = 25 pF (UEB = 0,5 V) 

Grenzfrequenz fg: Bei der Frequenz fg ist der Betrag einer gemessenen Größe auf das 0,707fache 

seines Wertes bei niedrigen Frequenzen (1 kHz) abgesunken. 

Transitfrequenz fT: Die Transitfrequenz ist eine Rechengröße. Sie ist das Produkt aus einer 

Messfrequenz mit dem bei dieser Frequenz vorhandenen Stromverstärkungsfaktor ß. Die Messfrequenz 

muss nahe der Frequenz fß = 1 liegen, bei der die Stromverstärkung ß = 1 beträgt. 

Transistor-Schaltzeiten: 

Die Einschaltzeit tein ist die Zeit, die vom Anlegen des Einschalt-Basissignals an vergeht, bis der 

Kollektorstrom 90 % seines vorgesehenen Höchstwertes erreicht hat. 

Die Ausschaltzeit taus ist die Zeit, die vom Anlegen des Sperrsignals an der Basis vergeht, bis der 

Kollektorstrom auf 10 % seines Höchstwertes zurückgegangen ist. 

Grenzwerte sind Werte, die nicht überschritten werden dürfen. 

- Höchstzulässige Sperrspannungen: Von den Herstellern werden meist die maximalen 

Sperrspannungen UCB0, UCE0 und UEB0 angegeben. 

- Höchstzulässige Ströme: 

höchstzulässiger Dauerkollektorstrom ICmax, 

kurzzeitiger (10 ms) Kollektorspitzenstrom ICM, 

höchstzulässiger Basisdauerstrom IBmax. 

- Höchstzulässige Temperaturen: 

höchstzulässige Sperrschichttemperatur ϑj, 

Grenzen des Lagerungstemperaturbereiches. 


Auszüge aus den Datenblättern des epitaxischen NPN-Silizium-Planar-Transistors BC 107 

Der Kollektor ist elektrisch mit dem Metallgehäuse verbunden. Der Transistor eignet sich 

besonders für NF-Vor- und Treiberstufen. 

Absolute Grenzdaten (Absolute maximum ratings): 

- Kollektor-Emitter-Spannung (Collector-emitter voltage) UCES = 50 V 

- Kollektor-Emitter-Spannung (Collector-emitter voltage) UCEO = 45 V 

- Emitter-Basis-Spannung (Emitter-base voltage) UEBO = 6 V 

- Kollektorstrom (Collector current) ICmax = 100 mA 

- Kollektor-Spitzenstrom (Collector peak current) ICM = 200 mA 

- Basisstrom (Base current) IBmax = 50 mA 

- Gesamtverlustleistung (Total power dissipation) Ptot = 300 mW 

- Sperrschichttemperatur (Junction temperature) ϑj = 175°C 

- Lagerungstemperaturbereich (Storage temperature range) ϑstg = -55 ... +175°C 

Wärmewiderstand (Thermal resistance): 

- Kollektorsperrschicht - Umgebung (Collector-junction - ambient) RthJA ≤ 500 K/W 

- Kollektorsperrschicht - Gehäuse (Collector-junction - case) RthJC ≤ 200 K/W 

Statische Kenndaten (Static characteristics, ϑA = 25°C): 

- Kollektor-Emitter-Reststrom (Collector-emitter cut-off current, UCES = 50 V) ICES = 0,2 nA 

- Kollektor-Emitter-Reststrom (Collector-emitter cut-off current, ϑA = 125°C) ICES = 0,2 µA 

- Emitter-Basis-Durchbruchspannung (Emitter-base breakdown voltage) 

bei IEBO = 1 µA UR(BR)EBO > 6 V 

- Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung (Collector-emitter breakdown voltage) 

bei IECO = 2 mA UR(BR)EBO > 45 V 

- Statische Stromverstärkung B (DC current gain) gruppiert und mit A, B, C gekennzeichnet 

(ϑA = 125°C) IC = 0,1 mA Gruppe A: B = 90 B: B =150 C: B = 270 

IC = 2 mA Gruppe A: B = 170 B: B =290 C: B = 500 

IC = 100 mA Gruppe A: B = 120 B: B =200 C: B = 400 

Dynamische Kenndaten (Dynamic characteristics, ϑA = 25°C): 

- Transitfrequenz (Transition frequency) bei IC = 0,5 mA, UCE = 3 V fT = 85 MHz 

bei IC = 10 mA, UCE = 5 V fT = 250 MHz 

- Kollektor-Basis-Kapazität (Collector-base capacity, UCBO = 10 V, f = 1 MHz) CCBO = 3,5 pF 

- Emitter-Basis-Kapazität (Emitter-base capacity, UEBO = 0,5 V, f = 1 MHz) CEBO = 8 pF 

- Rauschzahl F (noise-figure NF) F = 2 dB 

bei IC = 0,2 mA, UCE = 5 V, RG = 2 kΩ, f = 1 kHz, ∆f = 200 Hz 

- h-Parameter (IC = 0,2 mA, UCE = 5 V, f = 1 kHz, Stromverstärkungsgruppe B) 

h11e = 2,7 kΩ, h12e = 1,5 · 10 -4 , h21e = 220, h22e = 18 µS. 

Das Eingangskennlinienfeld IB = f{UBE}und die Ausgangskennlinien IC = f{UCE} mit IB als 

Parameter sind im Folgenden im linearen Maßstab dargestellt. Weitere Datenblätter der Transistoren 

BC 107, BC 108, BC 109 können, wie die Hilfsblätter zur Vorlesung, unter Datenblätter der 

PDF-Datei „BC107-109.pdf“ eingesehen werden. 


I B/µA 

1000 

800 

600 

400 

200 

I B·0,1 

I B·0,01 

0 

0 0,2 0,4 0,6 0,8 

UBE/V Eingangskennlinienfeld IB = f{UBE} des NPN-Silizium-Planar-Transistors BC 107 

bei Raumtemperatur (Emitterschaltung) 

I C/µA 

1000 

800 

600 

400 

200 

0 

0 1 

4,0 

I B = 0,5 µA 

2 3 4 5 

UCE/V Ausgangskennlinien IC = f{UCE} des NPN-Silizium-Planar-Transistors BC 107 

mit IB als Parameter (Emitterschaltung) 


3,5 

3,0 

2,5 

2,0 

1,5 

1,0

7. Bipolare Transistoren - FB E+I: Home

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