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10 2020 Powered by Committed to Excellence www rutronik com Bipolartransistoren Herausforderer für MOSFETs Digitale Schalter werden meist mit MOSFETs realisiert Bipolartransistoren sind inzwischen jedoch eine ernst zu nehmende Alternative wenn es sich um Modelle mit niedriger Sättigungsspannung handelt Für Anwendungen mit niedrigen Spannungen und Strömen liefern sie nicht nur eine höhere Stromverstärkung sondern auch Kostenvorteile Bei Lastschalter-Anwendungen muss der Transistor den Basisstrom exakt so stark verstärken dass die Ausgangsspannung nahe Null ist bzw nur noch die Sättigungsspannung des Transistors messbar ist Hierfür kommen meistens MOSFETs zum Einsatz weil sie als spannungsgesteuerte Bauteile keine Basisansteuerung benötigen Im Gegensatz dazu erfordern Bipolartransistoren Bipolar Junction Transistors BJTs als stromgesteuerte Bauteile eine dauerstromfähige Basisansteuerung Bipolartransistoren mit einer deutlich höheren Stromverstärkung hFE und einer wesentlich geringeren Sättigungsspannung VCEsat genügt jedoch ein erheblich kleinerer Basisstrom Ihre höhere Stromverstärkung reduziert diesen so weit dass sie mit kleinen Strömen direkt vom Mikrocontroller schalten können Soll ein Transistor z Beinen Strom von 1 Aleiten und hat er eine hFE von 100 muss der Basisstrom mindestens 10 mA betragen um sicherzustellen dass der Transistor gesättigt ist Bringt der Transistor eine Stromverstärkung von 500 mit reichen 2 mA Zudem verringern sich die Verluste über die Basis-Vorspannungswiderstände und die Basis-Emitter-Spannung VBE deutlich Wird der Transistor als Niederfrequenzschalter betrieben reduzieren die geringen Abfälle der Sättigungsspannung hingegen die Leistungsverluste über den Kollektor-Emitter-Übergang und erlauben höhere Kollektorströme IC auf einer normierten Chipfläche Zum vollständigen Einschalten benötigen die Low-VCEsat-BJTs deshalb eine geringe BasisEmitter-Spannung von nur 0 3 bis 0 9 Vsodass sie sich ideal für Schaltanwendungen im Niederspannungsbereich eignen Diese Ansteuerspannung gilt über den ganzen Temperaturbereich Werden Bipolartransistoren als gesättigte Schalter genutzt können sie zudem die Leitfähigkeit der Kollektor-Region auf dem Chip beeinflussen und so den Kollektor-Emitter-Widerstand in gesättigtem Zustand RCE sat erheblich reduzieren Diese Leitfähigkeit haben MOSFETs nicht Es verlängert sich allerdings die Ausräumzeit der Basis das heißt die Schaltzyklen werden größer Aufgrund ihrer Transitfrequenz lassen sich die Transistoren jedoch nur für Anwendungen mit bis zu einigen hundert kHz nutzen Teilt man die Transitfrequenz durch den Stromverstärkungsfaktor erhält man die Grenzfrequenz Sie ist definiert als die Schwelle bei der die Stromverstärkung auf 3 dB also um den Faktor 0 707 abgesunken ist Von dieser Grenzfrequenz gilt es Abstand zu halten Höherer Wirkungsgrad für längere Laufzeit Aufgrund ihrer hohen Verstärkung haben die Low-VCEsat-BJTs zudem einen höheren Wirkungsgrad verglichen mit klassischen BJTs und MOSFETs So können sie zusammen mit einem Basiswiderstand einen MOSFET und eine Von Thomas Bolz Product Manager Standard Products bei Rutronik Knowhow|Transistoren Bipolartransistoren schenken mobilen Geräten eine längere Laufzeit Bild IB Photography Shutterstock