Einige typische Einsätze von Transistoren begegnen uns immer wieder.

Die Emitterschaltung

 Bild Emittrschaltung

Wichtig ist bei der Emitterschaltung, dass niemals die Basis ungeschützt mit Kollektor-Potential in Verbindung gebracht werden darf, das würde zu einem Durchbruch führen und der Transistor signalisierte mit einem Rauchzeichen seinen Exitus. Der Basis-Vorwiderstand R_B ist also existenziell, wenn der Transistor aufgesteuert werden soll!

Emitterschaltung invertiert Eingangssignal

In der Abbildung der Emitterschaltung ist zu erkennen, dass beim NPN-Transistor positives Basis-(Eingangs-)potential in negatives Potential am Kollektor (Ausgang) umgewandelt wird. Beim PNP-Transistor ist das umgekehrt: negatives Basis-(Eingangs-)potential ergibt ein positives Ausgangspotential.

Wir haben deshalb niemals Probleme, wenn wir zur Ansteuerung einer Schaltung ein bestimmtes Potential brauchen, aber die vorherige Stufe der Schaltung nur deren Gegenteil hergibt. Einfach ein Transistor in Emitterschaltung dazwischen gehängt, schon klappt’s mit der Polung.

Pull-up und Pull-down

Bild PullUp/down Führt man den Gedanken mit der Invertierung fort, gelangt man zu der Erkenntnis, dass nur dann invertiert wird, wenn ein passendes Eingangspotential an der Basis anliegt. Oft genug aber ist das, was an der Basis eines Transistors oder am Eingang einer Logikschaltung ankommt, nicht so eindeutig, wie eigentlich gewünscht – hier mal ein kleiner Kriechstrom, dort ein undeutlicher Spannungspegel, schon können wir nicht mehr sicher sein, was wohl passieren wird und was da am Kollektor ankommt. Selbst wenn diese Fehlerströme nur wenige µA betragen, können sie als Basisstrom schon einiges Unheil anrichten, denn am Kollektor kommt dieser Strom dann um einen nicht unbedeutenden Faktor verstärkt an. Nehmen wir nur den simplen BC 547, der einen Basisstrom bis zum 900-fachen verstärken kann!

Gezielt eingesetzte Widerstände sorgen für klar definierte Zustände, indem im Ruhezustand der Basis ein geringes Sperrpotential zugeführt wird, bei NPN-Transistoren muss das negativ sein, bei PNP-Transistoren positiv. Mit solchen Pull-down- oder Pull-up-Widerständen sperrt der Transistor sicher, solange kein ausreichendes Schaltpotential über den Basiswiderstand ankommt. Der Pull-Widerstand sollte mindestens das Doppelte des Basiswiderstands betragen, dann erfüllt er seinen Zweck, ohne dass der Transistor zu unempfindlich wird. In der Modellbahn-Elektronik sind 2 bis 47 kΩ als Basis-Widerstand und 100 kΩ als Pull-Widerstand durchaus probate Werte.

Auch auf der Ausgangsseite kann man schon für nachfolgende Schaltstufen Vorsorge treffen und dort Pull-up-Widerstände bei NPN und Pull-down-Widerstände bei PNP vorsehen, um aus einem Ausgangssignal ein zwischen plus und minus wechselndes zu machen.

Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter

Bild Sperrwirkung

Wie bei der Diode gibt es auch beim Transistor einen festen Spannungsabfall, der unabhängig von der Betriebsspannung und der Belastung des Transistors ist. Zwischen Basis und Emitter stellt sich immer eine Spannung von 0,7 V ein.

Überbrückt man diesen Spannungsabfall, entstehen besondere Effekte:

Wenn die Basis direkt mit dem am Emitter anliegenden Potential verbunden wird, ist die Potentialdifferenz von 0,7 V kurzgeschlossen, es findet kein Stromfluss statt.

Emitterpotential direkt an der Basis wirkt als Sperrpotential für die Emitter-Kollektor-Strecke..

Dieses Sperren des Transistors findet man häufig in der Schaltlogik und wird bei der Modellbahn gern zur Erzeugung der Signalbilder angewandt.

Verbinden wir Basis und Emitter nicht direkt, sondern über ein Bauteil mit anderem Spannungsabfall, versucht der Transistor die Differenz zu 0,7 V auszugleichen. Diese Eigenschaft  sorgt so für einen konstanten Stromfluss.