Ein Transistor hat immer 3 Anschlüsse. Diese werden mit den Begriffen Basis (B), Kollektor (C) und Emitter (E) bezeichnet. Grundsätzlich gibt es 2 verschiedene Typen. Einmal die NPN und einmal die PNP-Typen. Diese Bezeichnung rührt vom internen Aufbau her. NPN-Typen bestehen aus 2 negativ dotierten Halbleiterschichten zwischen denen sich eine positiv dotierte Schicht befindet. Bei PNP ist dieses genau umgekehrt.

Den Typ den wir hier verwenden ist der BC548C. Und als gleichwertiger Komplementärtyp den BC558C. Komplementärtyp bedeutet, dass beide Typen die gleichen elektrischen Eigenschaften haben. Nur das der eine, in diesem Fall der BC548C, ein NPN-Typ ist und der andere im Gegensatz dazu ein PNP. Wer die genauen Daten wissen möchte, kann gerne mal in das Datenblatt sehen.

Will man mit dem Transistor einen Verbraucher schalten, kann man ihn vor oder hinter der Last einsetzen. Es dabei aber zu beachten, dass er eine bestimmte Polung benötigt. In den Kollektor, dies ist der Anschluss ohne den Pfeil, fließt der Strom immer hinein und am Emitter, wo sich der Pfeil befindet, verlässt der Strom den Transistor wieder. Soll der Transistor, wie hier, als Schalter dienen, werden die Verbraucher am Kollektor angeschlossen.

Wenn nun die Batterie angeklemmt wird, passiert gar nichts. Dies ist auch richtig so. Man muss dem Transistor ja erst mitteilen, dass er schalten soll. Dies passiert durch den dritten Anschluss, der Basis.

Wozu denn aber einen Transistor? Wir könnten doch die Leuchtdiode gleich direkt über den Taster und einem 470 Ohm Widerstand schalten.

Bei dieser Schaltung schon. Aber interessant wird es erst dann, wenn wir den Vorwiderstand R1 gegen einen Widerstand mit einen erheblich höheren Wert tauschen. Setzen wir doch mal einen Widerstand mit 47 kOhm in die Schaltung ein.

Hier zeigt sich die Stärke des Transistors. Er verstärkt den Strom, der in die Basis fließt und lässt einen erheblich größeren Strom passieren. Diesen Faktor nennt man Stromverstärkungsfaktor. Bei dem BC548C liegt der zwischen 350-600.

Damit der Transistor seinen Dienst verrichten kann benötigt er auch bestimmte Spannungen. Dabei sind die beiden wichtigsten Spannungen die Basis-Emitter-Spannung (Ube) und die Kollektor-Emitter-Spannung (Uce). Die BE-Spannung beträgt immer ca. 0,7 V wenn der Transistor durchgesteuert ist. Wird dieser Wert unterschritten, macht der Transistor 'dicht'. Die BE-Spannung stellt sich automatisch ein, sobald ein Basisstrom fließt.

Die zweite wichtige Spannung ist die CE-Spannung. Diese ist vor allem dann von Bedeutung, wenn man die Verlustleistung des Transistors feststellen möchte. Je höher der Kollektorstrom ist, je höher ist auch diese Spannung. Die CE-Spannung und den Kollektorstrom sollte man immer ein wenig im Auge haben, wenn man eine Schaltung entwickelt. Es kann sonst schnell passieren, dass der Transistor überlastet wird.

Wenn man bei unserer Schaltung einen Basisstrom von 177 µA annimmt, dann würde der Transistor einen Kollektorstrom zwischen 62 und 106 mA erlauben. Da die Leuchtdiode aber nur einen Strom von ca. 15 mA benötigt, ist der Transistor übersteuert. Man sagt auch, er ist gesättigt. Im Schaltbetrieb ist dieser Effekt sogar gewünscht um garantieren zu können, das der Transistor auch wirklich durchsteuert. Soll der Transistor jedoch als Signalverstärker arbeiten, sollte eine Sättigung streng vermieden werden um Verzerrungen des Ausgangssignals zu vermeiden. Wie dies genau geschieht, wird später noch erklärt.

Man muss nur dafür sorgen, dass diese Energie abgeführt wird und der Transistor nur dann durchsteuert, wenn ein stärkerer Strom in die Basis fließt. Dies wird hier durch den Einsatz eines weiteren Widerstandes, der von der Basis zum Minus-Pol geht, erreicht. Wenn man nun die Basis berührt bleibt D1 dunkel. Sie leuchtet erst dann auf, wenn der Taster betätigt wird.

Der zusätzliche Widerstand R2 sorgt dafür, dass die 'wilde Energie' abgeführt wird. Durch diesen zusätzlichen Widerstand, erreicht die Basis aber auch ein etwas geringerer Strom. Dieser Verlust ist in der Regel aber vernachlässigbar. Anstelle von 177 µA bekommt die Basis nun 145 µA, welches aber immer noch ausreicht um, in unserer Schaltung, eine mehrfache Sättigung des Transistors zu erreichen.

Wie man in diesen Schaltplan erkennen kann, wird der Emitter von T1 direkt mit der Basis von T2 verbunden. Die Kollektoren werden zusammengefasst. Wird hier nun der Taster betätigt, leuchtet die LED auf. Soweit nichts besonderes. Tauschen wir hier aber nun die Widerstand R1 und R2 gegen Werte aus, die um ein Vielfaches höher liegen, z.B. R1=1 MOhm, R2=470 kOhm, und betätigen wiederum den Taster, leuchtet D1 ebenso auf. Würden diese Widerstände bei einem einzelnen Transistor eingesetzt, würde die Leuchtdiode nur noch schwach glimmen. Was ist hier passiert?

Durch das hintereinander schalten der beiden Transistoren, haben wir dafür gesorgt, dass sich die Verstärkungsfaktoren multiplizieren. Der Basisstrom von T1 wird verstärkt. Dieser resultierende Strom wird von T2 wiederum verstärkt. So entsteht eine Transistorschaltung die selbst kleinste Ströme verstärken kann. In unserem Beispiel würde sich einem Basisvorwiderstand von 1 MOhm, ein Kollektorstrom von min. 0,4 A einstellen. Diese Transistorstufe ist mit unserer LED um ein Vielfaches gesättigt. Wie sieht es hier mit Spannungsverhältnissen aus?

Hier spielt die Basis-Emitter-Strecke von T2 eine große Rolle. Da sich die BE-Spannung immer auf 0,7 V einregelt, wird diese Spannung auch in der Gesamtspannung vom Kollektor-Emitter gemessen.

Da bei der Darlingstufe, zwei BE-Strecken hintereinander geschaltet sind, ist diese Spannung dann auch höher?

Der erste Transistor verstärkt die 1 µA auf 300 µA. Da sich die Ströme aus dem Emitter addieren, fließt dort ein Strom von 301 µA. Die Basis vom zweiten Transistor wird nun mit diesen Strom versorgt und verstärkt diesen wieder 300-Fach und erlaubt dann einen Stromfluss von 90,3 mA.

Da die beiden Kollektoren der Transistoren zusammen geschaltet sind, addieren sich auch hier die Ströme und es kommt zu einem Gesamtstrom von 90,6 mA, wenn dieser nicht durch eine angeschlossene Last begrenzt wird.

Man muss eine Darlingtonstufe aber nicht immer mit Einzeltransistoren aufbauen. Die Industrie bietet schon fertige Transistoren in einem Gehäuse an. Dies sind unter anderem der BC517 als NPN-Typ oder der BC516 für die PNP-Variante.

Hier kann man dann eine andere Schaltung einsetzen: Die Komplementär-Darlington-Schaltung. Diese Schaltung, im übrigen auch Sziklai-Schaltung oder Szilkai-Paar bezeichnet, werden die große Stromverstärkung und die geringe Basis-Emiterspannung vereint.

Wird die nebenstehende Schaltung in Betrieb genommen, so kann man schnell mit dem Multimeter feststellen, dass hier wieder unsere typische Basisspannung von 0,6-0,7V anliegt, wenn der Taster betätigt wird. Die Stromverstärkung jedoch fast genauso hoch, wie bei der herkömmlichen Darlington-Schaltung.

Dies ermöglicht der erste Transistor und so wird der PNP mit 300 µA angesteuert. Dieser Strom wird wieder 300-Fach verstärkt und es kommt aus dem Kollektor ein Strom von 90 mA.

Nehmen wir unsere Schaltung vom Anfang dieses Lehrganges und ergänzen diese durch einen Trimmpotentiometer. Wird die Schaltung in Betrieb genommen und dreht man am Trimmer, leuchtet die LED lange Zeit hell und geht dann relativ rasch aus.

Durch die hohe Verstärkung des Transistors, reicht auch ein kleiner Basisstrom damit dieser voll durchsteuert. Erst wenn der Basisstrom unter dem benötigten Strom sinkt, wird die LED dunkler. Dieser Effekt ist für Verstärkeranwendungen nicht geeignet. Hier soll die Ausgangsspannung sich sofort verringern, wenn sich auch die Eingangsspannung verringert. Dazu muss man die Schaltung nur ein wenig umbauen.

Schauen wir uns erst einmal die Spannungsverhältnisse dieser Transistorschaltung an. Durch den Trimmpotentiometer legen wir eine bestimmte Spannung an, die hier als Uin bezeichnet ist. Diese Spannung wird nun aufgeteilt in Urb, Ube und Ulast. An Ube sind, wie wir wissen, immer ca. 0,7 V. Es fließt ein bestimmter Strom (Ib) in die Basis des Transistors. Dieser wird verstärkt und sorgt für einen Stromfluss aus den Emitter, der aus dem Kollektorstrom Ic und dem Basisstrom Ib besteht. Dieser Strom fließt nun auch durch die Last.  Was an Spannung übrig bleibt kann man an Urb messen.

Wird nun die Spannung Uin erhöht, steigt die Spannung nicht nur an der Last, sondern auch am Basiswiderstand. Und so regeln sich die beiden Spannungen so ein, dass die Ausgangsspannung der Eingangsspannung folgt. Ist der Lastwiderstand groß genug, kann man sogar auf einen Basisvorwiderstand verzichten. Der Basisstrom wird hier ja auch durch den Lastwiderstand begrenzt.

Der Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R1 und R2, führen der Basis eine Spannung von ca. 4,5 V zu. Der Transistor benötigt selbst wieder die 0,7 V an der Basis-Emitter-Strecke. Den Rest der Spannung liegt nun an der Last an. In unserem Fall eben die LED und dem Vorwiderstand.

Nun hat man den Möglichkeit den Transistor noch weiter nach oben aussteuern zu lassen sowie auch noch weiter nach unten. Wie haben also hier den Arbeitspunkt des Transistors festgelegt.

Dreht man hier am Trimmer kann man die Leuchtdiode in jede beliebe Helligkeitsstufe steuern.

Soll irgendeine Last mit dem Transistor geschaltet werden, wird die so genannte Emitterschaltung verwendet. Hier ist der Emitter mit dem Null-Potential der Betriebsspannung verbunden.

Diese Schaltung zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:

- Hohe Stromverstärkung

- Hoher Eingangswiderstand

- Geringe Belastung des Transistors

- Hohe Spannung an der Last

Diese Schaltung eignet sich weniger für das verstärken von Signalen, da der Transistor hier schnell in die Sättigung gerät.

Folgende Eigenschaften zeichnen diese Schaltung aus.

- Hohe Stromverstärkung

- Hoher Eingangswiderstand

- Spannungsverstärkung <= 1

- Verstärkung von Wechselspannungen möglich

- Kleinere Spannung an der Last

Beim PNP sind auch alle Spannungsverhältnisse umgekehrt welches dazu führt, dass man die Grundschaltung des Transistors komplett 'falsch' aufbauen muss.

2 Sachen fallen hier gleich auf. Der Basisstrom muss hier aus dem Transistor fließen und nicht hinein, wie es bisher beim NPN war und der Transistor steuert vom Emitter zum Kollektor durch. Also der Strom fließt in den Emitter, wir also an den Pluspol der Spannungsquelle geklemmt, und aus dem Kollektor wieder raus.