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Bei NPN-Transistoren handelt es sich um elektronische Halbleiter-Bauelemente. Sie steuern oder schalten elektrische Spannungen und Ströme. NPN-Transistoren sind bipolare Transistoren und oftmals mit dem Kürzel BJT (bipolar junction transistor) versehen. Ihr Aufbau besteht aus drei dünnen Halbleiterschichten, die direkt übereinander liegen. Diese drei Schichten besitzen elektrische Anschlüsse, die aus dem Gehäuse herausgeführt werden und mit Basis, Emitter und Kollektor bezeichnet sind. Geläufig sind die Abkürzungen B für Basis, E für Emitter und C für Collector (deutsche Schreibung: Kollektor).
Bei NPN Transistoren sind die beiden äußeren Schichten negativ (N) dotiert und die mittlere Schicht positiv (P), woraus sich die Bezeichnung NPN (oder n-p-n) herleitet. Umgekehrt verhält es sich bei den ebenfalls erhältlichen PNP Transistoren (p-n-p).
Die Kollektor-Emitter-Strecke bildet den über den Basis-Anschluss steuerbaren Strompfad. Die zwischen dem Basis-Anschluss und dem Emitter-Anschluss abfallende Spannung wird als Basis-Emitter-Spannung bezeichnet. Sie ist im Datenblatt unter der Bezeichnung "UBE" zu finden. Die Kollektor-Emitter-Spannung fällt zwischen Kollektor- und Emitter-Anschluss ab und wird als "UCE" bezeichnet.
Neben den Standardtypen gibt es verschiedene, spezialisierte Ausführungen von NPN Transistoren. Bei Darlington-Transistoren sind innerhalb eines Gehäuses zwei normale Bipolartransistoren miteinander verschaltet. Es ergibt sich eine Vor- und eine Hauptverstärkerschaltung. Damit können wesentlich höhere Ströme fließen.
Vorgespannte NPN Transistoren besitzen einen eingebauten Bias-Widerstand im Gehäuse. Die damit voreingestellte Basisspannung legt den Transistorarbeitspunkt in den gewünschten Bereich. Das ist zum Beispiel für Audio- und Wechselspannungsanwendungen von Vorteil.
NPN HF-Transistoren sind Spezialtypen für Hochfrequenz-Applikationen. Sie haben besonders geringe rückwirkende Kapazitäten und optimierte Anstiegs- und Abfallzeiten.
NPN Transistoren gibt es in vielen Gehäusebauformen, sowohl für SMD-Bestückung als auch für die herkömmliche Durchsteckmontage (THT).
Transistoren für kleinere Leistungen besitzen meist ein Kunststoffgehäuse. Leistungstransistoren benötigen wegen der höheren Verlustleistung eine gute Wärmeabfuhr. Sie verfügen deshalb über ein thermisch gut leitfähiges Gehäuse aus Vollmetall oder alternativ eine metallische Grundplatte zur Ankopplung an einen Kühlkörper oder eine andere Kühlfläche.
Transistorarrays beinhalten zwei oder mehr Einzeltransistoren. Sie sind nicht nur platzsparend, sondern verringern zudem den Bestückungsaufwand.
Gepaarte Transistoren, auch „Abgestimmte Paare“ genannt, integrieren zwei baugleiche Transistoren in einem Gehäuse. Ihre elektrischen Kennwerte liegen durch eine Vorselektion besonders nahe beieinander. Durch ihre thermische Kopplung werden außerdem unerwünschte, temperaturbedingte Abweichungen vermieden.
Wichtige Kenngrößen bei der Auswahl sind der Verstärkungsfaktor des Transistors und die Verstärkungsbandbreite.
Für hohe Stromverstärkungen eignen sich Darlington-Transistoren. In vielen Fällen ist es möglich, damit eine separate Vor- und Hauptverstärkung sowie zusätzlich erforderliche Bauteile einzusparen.
Bei mehrkanaligen Audioanwendungen und Verstärkerschaltungen mit hohen Anforderungen an die Linearität bieten sich NPN Transistoren in einer Ausführung als abgestimmte Paare an. Höhere Frequenzen erfordern HF-Transistoren.
Transistorarrays sind aufgrund ihrer platzsparenden Konstruktion insbesondere für die Umsetzung kompakter Schaltungen geeignet und punkten nicht zuletzt mit ihrem umkomplizierten Handling.
Wie viele andere elektronische Bauteile sind auch Transistoren durch elektrostatische Entladungen gefährdet. Es ist unerlässlich, einschlägige ESD-Vorschriften zu beachten, um Schäden zu vermeiden. Ebenso wichtig ist es, die Löttemperatur und -dauer zu begrenzen. So beugen Sie Überhitzungsschäden an den Bauteilen vor.
Dürfen NPN Transistoren kurzzeitig elektrisch überlastet werden?
Technisch unvermeidbar ist ein gewisser thermischer Widerstand zwischen eigentlichem Halbleiter und Gehäuse. Dieser kann selbst bei ausreichender Kühlung schnell zu einer Temperaturüberschreitung und Zerstörung des Halbleiterplättchens führen. Die maximal zulässigen Spannungen sind unbedingt zu beachten.
Welche Betriebstemperaturen vertragen NPN Transistoren?
Als Grenzwerte kann man die maximalen Sperrschichttemperaturen von circa 150 bis 200 °C heranziehen. Noch höhere Temperaturen können zum sofortigen Defekt der Transistoren führen oder die Bauteilalterung beschleunigen.
Bei Schaltungs-Neuentwicklungen sollten Sie immer die jeweiligen elektrischen Werte gemäß Datenblatt im Blick behalten. Im Zweifel ist es besser, eine gewisse Leistungsreserve einzuplanen, zumal die Preisunterschiede in aller Regel minimal ausfallen. Beim Austausch defekter NPN Transistoren sollten Sie möglichst den identischen Typ verwenden. Alternativ können Sie Vergleichstabellen nutzen, mit deren Hilfe es leichter fällt, einen kompatiblen NPN Transistor zu finden.