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4.2 Der Stromverstärkungsfaktor

Eine charakteristische Größe für einen bestimmten Transistor ist sein Stromverstärkungsfaktor V, also das Verhältnis V=Ic/Ib. Man misst z.B. Ic=100mA und Ib=1mA. Dann ist V=100. Typische Werte liegen zwischen 10-fach und 800-fach. Genaugenommen ist die Stromverstärkung abhängig vom Kollektorstrom und von der Kollektor-Emitterspannung, sodass sie nur für einen bestimmten Arbeitspunkt bestimmt werden kann.

Stromverstärkung in Emitterschaltung

Im Beispiel ergibt sich die Stromverstärkung des Transistors zu:

Die relativ geringe Stromverstärkung von 20-fach wird hier deshalb gemessen, weil der Transistor durch einen großen Basisstrom voll durchgeschaltet wird und der Kollektorstrom deshalb nur durch den Verbraucher bestimmt wird. Zwischen Basis und Emitter stellt sich die übliche Dioden-Durchlassspannung von ca. 0,6 V ein. Die Kollektor-Emitter-Spannung kann bei starker Aussteuerung bis auf 0,1 V fallen.

Transistor mit offener Basis

Für einen PNP-Transistor ergeben sich dieselben Verhältnisse bei umgekehrter Polarität der Betriebsspannung, d.h. am Kollektor liegt der Minuspol.

Der PNP-Transistor in Emitterschaltung

Ein Transistor lässt sich entweder als linearer Stromverstärker oder als Schalter einsetzen. Bei einem linearen Verstärker kann der Kollektorstrom in einem bestimmten Bereich variieren, so dass sich eine kleine Änderung des Basisstroms in einer vergrößerten Veränderung des Kollektorstoms widerspiegelt.

Der Transistor als linearer Verstärker

Simulationsprogramm zum NPN-Transistor (npn2.zip, 5 kB, VBRUN300 erforderlich)
VB.Net-Version mit Quelltext: fkainka.de/vbnet/NPN.html

Übungsaufgaben

  • Von welcher Basis-Emitterspannung ab beginnt der Transistor messbar zu leiten?
  • Stellen Sie den Arbeitspunkt Ic=2,5 mA ein. Welche Kollektor-Emitterspannung ergibt sich?
  • Bestimmen Sie den Stromverstärkungsfaktor V des simulierten Transistors.
  • Von welchem Basisstom ab geht Uce in die Sättigung?
  • Zeigen Sie, dass jede Erhöhung von Ube um 0,02 V zu einer Verdoppelung von Ic führt.
  • Tragen Sie Wertepaare Ube und Ib in eine Tabelle ein und erstellen Sie ein Ib/Ube-Diagramm. Das Ergebnis sollte eine typische Diodenkennlinie sein.

Transistor als Schalter

Beim Einsatz des Transistors als Schalter erhöht man den Basisstrom so weit, dass der Kollektorstrom nur noch vom Arbeitswiderstand und der Anschlussspannung abhängt. Der Kollektorstrom kann dann auch durch einen größeren Basisstrom nicht mehr vergrößert werden, d.h. er ist gesättigt. Der Transistor ist also voll durchgesteuert und wie ein Schalter eingeschaltet. Umgekehrt schaltet man den Baisstrom ganz ab, um den Transistor als Schalter zu sperren.
Anwendung: Berührungsschalter

YouTube-Kurzvortrag: Stromverstärkung