Wat zijn transistoren?

Transistors zijn elektronische halfgeleidercomponenten die worden gebruikt om spanningen en stromen te regelen of te schakelen. Het woord transistor is afgeleid van de woordcombinatie "overdracht" en "weerstand" en verwijst naar de eigenschap van transistors om als regelbare weerstanden te functioneren door de weerstand van halfgeleiderlagen te veranderen. Tegenwoordig zijn deze halfgeleiderlagen overwegend gebaseerd op gedopeerd silicium.

In de regel verwijst de term transistor naar bipolaire transistoren, vaak met de afkorting BJT (bipolar junction transistor). Zij bestaan uit drie dunne halfgeleiderlagen die direct op elkaar liggen. Elk van deze lagen heeft een elektrische verbinding die uit de behuizing wordt geleid. Deze verbindingen worden basis, emitter en collector (B, E, C) genoemd. De halfgeleiderbaan emitter-collector vormt de regelbare stroombaan, die wordt geregeld via de basisaansluiting. Het toepassen van een relatief kleine basisstroom beïnvloedt het geleidingsvermogen van het collector-emitterpad, waarbij het geleidingsvermogen van de transistor zonder basisstroom dicht bij nul ligt en toeneemt met toenemende stuurstroom. Fysisch is dit vergelijkbaar met een klep, die zelf slechts zeer kleine bedieningskrachten vereist, maar in staat is grote volumes te regelen. De factor tussen basisstroom en collector-emitterstroom wordt stroomversterking genoemd. Als de stroomversterkingsfactor van een transistor bijvoorbeeld 100 is, veroorzaakt een basisstroom van 1 mA een stroom van 100 mA in het collector-emitterpad.

Welke soorten transistoren zijn er?

In principe worden transistors, afhankelijk van de volgorde van de drie halfgeleiderlagen, NPN- of PNP-transistoren genoemd. Het verschil tussen deze twee typen is in het schakelschema zichtbaar door de kleine pijl bij de aansluiting van de emitter. In het geval van NPN-transistoren wijst deze pijl naar buiten, in het geval van PNP-transistoren wijst hij naar binnen. NPN-transistoren zijn geschikt voor positieve spanningen, terwijl de polariteiten in PNP-transistoren omgekeerd zijn.

• Darlington-transistoren verbinden twee normale bipolaire transistors met elkaar om een voorversterker- en een hoofdversterkerschakeling in één behuizing te vormen. Hierdoor kan een veel hogere stroomversterking worden bereikt zonder dat verdere externe schakelingen nodig zijn. Zogenaamde "biased transistors" integreren een bias-weerstand in hun behuizing. Hiermee wordt een gedefinieerde basisspanning ingesteld om het werkpunt van de transistor in het gewenste bereik te plaatsen, bijvoorbeeld voor audio- en wisselspanningstoepassingen.  

• HF-transistoren zijn speciaal geoptimaliseerd voor toepassingen met hoge frequenties. Zij hebben bijzonder kleine retroactieve capaciteiten en snelle stijg- en daaltijden. Transistoren worden aangeboden in een verscheidenheid van pakketontwerpen; zowel in SMD-technologie als voor conventionele through-hole montage (THT). Enkelvoudige transistors voor lagere vermogens zijn gewoonlijk ondergebracht in een plastic behuizing. Vermogenstransistoren moeten gewoonlijk worden gekoeld, en hebben daarom een metalen behuizing met goede thermische geleiding of een metalen basisplaat voor koppeling aan een koellichaam of een koeloppervlak.

• Transistor-arrays bevatten twee tot zeven afzonderlijke transistoren. Ze besparen ruimte en vereenvoudigen het gebruik. Net als voor vele andere soorten behuizingen zijn bij Conrad geschikte stekkerdozen verkrijgbaar. Als ze later moeten worden vervangen, kan dit zonder solderen.
• Gepaarde transistors, zogenaamde "matched pairs", combineren twee identieke transistors in één pakket waarvan de elektrische kenmerken zeer dicht bij elkaar liggen. 

Wat is belangrijk als u een transistor koopt?

Als een hoge stroomversterking vereist is, zijn Darlington-transistors zeer geschikt. In veel gevallen kan worden afgezien van een afzonderlijke voorversterking en hoofdversterking, met inbegrip van de extra benodigde componenten. Voor audiotoepassingen en meerkanaals versterkerschakelingen, bijvoorbeeld, zijn transistors beschikbaar als "matched pairs". Deze geselecteerde transistors hebben geringe onderlinge afwijkingen en zorgen voor de best mogelijke lineariteit bij parallelle werking. Voor hogere frequenties zijn HF-transistoren bijzonder geschikt wegens hun bijzondere eigenschappen.  

Transistorarrays maken het mogelijk compactere schakelingen te ontwikkelen dan met het exclusieve gebruik van afzonderlijke transistors. Vooral voor kleinere vermogens vormen zij een voordelige en ruimtebesparende oplossing, die ook voordelen biedt in het fabricageproces bij de assemblage en het solderen.

De aanduidingen NPN en PNP mogen niet worden verward met alle typen en uitvoeringen, omdat beide transistortypen niet onderling verwisselbaar zijn. De versterkingsfactor van de transistor is een belangrijke parameter; deze moet zo goed mogelijk overeenkomen met de beoogde taak, en ook de versterkingsbandbreedte moet voldoende zijn. De informatie die nodig is om een transistor binnen het veilige werkingsbereik te laten werken, is te vinden in het desbetreffende gegevensblad.  

Conclusie: zo koopt u de goede transistor

Bij de ontwikkeling van nieuwe schakelingen moet altijd goed worden gelet op de respectieve elektrische waarden volgens het gegevensblad, om het transistormodel te kiezen dat het meest geschikt is voor de taak. Het niet tot het uiterste drijven van transistors heeft voordelen op het gebied van betrouwbaarheid en functionele veiligheid op lange termijn. Gebruik in veeleisender omgevingsomstandigheden vereist aandacht voor het toelaatbare temperatuurbereik en kan in warme omgevingen derating noodzakelijk maken. Kies in deze gevallen een transistor met voldoende vermogensreserve.

Als een defecte transistor moet worden vervangen, moet zo mogelijk het identieke type worden gebruikt. Als deze niet meer verkrijgbaar is, zijn er vergelijkingstabellen waarmee meestal een elektrisch compatibele transistor kan worden gevonden. Ook het ontwerp van de behuizing verdient aandacht: Is de rastermaat correct voor bedrade types of de positie en grootte van de soldeerpads voor SMD-transistors? Is de behuizing zelf compatibel met de beschikbare ruimte en eventuele koellichamen en montagegaten?

Let op eventueel vereiste keurmerken en conformiteit met de vereiste normen. De in de Conrad-shop aangeboden transistors worden gekenmerkt door betrouwbaarheid en duurzaamheid en voldoen aan hoge kwaliteitsnormen.  

Veelgestelde vragen over transistoren

Waarop moet u letten bij de behandeling en verwerking van transistors?

Zoals de meeste elektronische halfgeleidercomponenten lopen transistors risico's door elektrostatische ontlading. Het verwijderen uit de verpakking en alle daaropvolgende bewerkings- en verwerkingsstappen moeten daarom worden uitgevoerd in overeenstemming met de relevante ESD-richtlijnen om schade te voorkomen. Het is ook belangrijk om de maximum toegestane soldeertemperatuur en de soldeertijd in acht te nemen om schade door oververhitting te voorkomen.

Wat zijn de maximum temperaturen die transistoren kunnen verdragen?

Afhankelijk van het type mag een junctietemperatuur van 150 tot 200 °C niet worden overschreden voor de siliciumtransistoren die tegenwoordig worden gebruikt. Hogere temperaturen leiden ofwel tot onmiddellijke vernietiging, ofwel tot een extreem versnelde veroudering. De toelaatbare elektrische waarden volgens het gegevensblad hebben gewoonlijk betrekking op gebruik bij 25 °C omgevingstemperatuur. Hogere omgevingstemperaturen vereisen een derating; overeenkomstige diagrammen zijn te vinden in het gegevensblad.

Kunnen transistors voor korte tijd elektrisch overbelast worden?

Gebruik boven de aangegeven spanningswaarden, zelfs voor korte tijd, is niet toegestaan. Evenzo mogen noch de toelaatbare stromen, noch het maximale vermogensverlies worden overschreden. De thermische weerstand tussen de halfgeleiderchip en de behuizing, die niet kan worden beïnvloed, zou leiden tot een ontoelaatbare temperatuurstijging van de eigenlijke halfgeleider, zelfs bij goede externe koeling.