Der Bipolartransistor

Das Bild im Kopf

Die Basis ist wie ein Steuereingang, der den größeren Laststrom beeinflusst. Die Energie für die Last stammt aus deren Versorgung, nicht aus einer wundersamen Vermehrung des Basisstroms. Je nach Arbeitspunkt arbeitet der Transistor als analoges Stellglied oder nähert sich einem geschlossenen Schalter.

Das Prinzip

Beim hier betrachteten NPN-Transistor heißen die Anschlüsse Basis, Kollektor und Emitter. Die Anschlussfolge ist bauteilabhängig. Im aktiven Bereich gilt näherungsweise IC = β·IB. Beim Schalten darfst du diese Näherung nicht über die durch Last und Versorgung bestimmte Stromgrenze hinaus verlängern.

Selbst ausprobieren

Interaktives Experiment

Der Bipolartransistor

Erhöhe die Steuerspannung. Zunächst wächst der Kollektorstrom; irgendwann begrenzt die Last. Mehr Basisstrom erzeugt dann im Modell kaum noch zusätzlichen Laststrom.

Steuerspannung3.3 VBasiswiderstand10 kΩLastversorgung5 VLastwiderstand500 Ω

Modellgrenzen: Stark vereinfachter NPN: β = 100, UBE = 0,7 V, UCEsat = 0,2 V. Keine Kennlinien eines realen Typs.

Ein konkretes Beispiel

Bei 3,3 V Steuerspannung, angenommenen 0,7 V Basis-Emitter-Spannung und 10 kΩ Basiswiderstand fließen rund 0,26 mA. Mit β = 100 wären 26 mA möglich; eine 500-Ω-Last an 5 V begrenzt den Strom jedoch schon auf rund 9,6 mA.

Genauer verstehen · Formeln und Annahmen

Formelblatt

$I_B\approx\max\left(0,\frac{U_{\mathrm{control}}-0{,}7\,\mathrm{V}}{R_B}\right)$

$I_C\approx\min\left(\beta I_B,\frac{V_{CC}-0{,}2\,\mathrm{V}}{R_L}\right)$

β streut stark zwischen Exemplaren und hängt von Strom, Temperatur und Kollektorspannung ab. Für einen robusten Schalter wird der Basisstrom anhand der Sättigungsbedingungen dimensioniert. Analoge Verstärker verwenden Arbeitspunktstabilisierung und Gegenkopplung, statt ihre Funktion auf einen exakten β-Wert zu stützen.

Ein häufiger Denkfehler. Die Basis braucht Strombegrenzung. Bei einer Relaislast kommt außerdem eine geeignete Behandlung der Abschaltspannung hinzu.

Werkstattfazit

Für „an oder aus“ andere Kriterien prüfen als für einen sauberen Verstärker. Erst Laststrom, dann Ansteuerung und Wärme betrachten.

Quellen & Nachvollziehbarkeit

MIT OpenCourseWare · Circuits and Electronics ↗

Eigene Illustrationen und Lehrrechnungen. Keine Messdaten eines konkreten Produkts. Redaktioneller Stand: 11.10.2026.

Selbst rechnen · Lösungen aufklappen

Notiere zuerst deine Vermutung, danach deine Rechnung. Öffne die Lösung erst zum Vergleichen.

08 · Ein NPN arbeitet im aktiven Bereich: β = 100, IB = 0,1 mA. Welchen IC sagt das Modell voraus?

Lösung mit Rechenweg anzeigen

IC = β · IB.
100 · 0,1 mA = 10 mA.
Gilt nur, solange die äußere Schaltung diesen Strom zulässt.

Rechenweg

$I_C=\beta I_B=10\,mA$

09 · NPN-Schalter: Last 100 Ω an 5 V, VCE,sat = 0,2 V. Berechne den Laststrom.

Lösung mit Rechenweg anzeigen

Lastspannung: 4,8 V.
Durch 100 Ω teilen.
IC = 48 mA.

Rechenweg

$I_C=\frac{5-0{,}2}{100}=48\,mA$

10 · Für Aufgabe 9 wähle erzwungene Stromverstärkung 10. Wie viel Basisstrom ist anzusetzen?

Lösung mit Rechenweg anzeigen

Laststrom durch erzwungene Verstärkung teilen.
IB = 48/10 = 4,8 mA.
Treiber muss diesen Strom liefern können.

Rechenweg

$I_B=\frac{48\,mA}{10}=4{,}8\,mA$

11 · 3,3-V-Ansteuerung, angenommene VBE = 0,8 V und IB = 4,8 mA. Berechne RB.

Lösung mit Rechenweg anzeigen

An RB liegen 2,5 V.
R = 2,5/0,0048.
RB = 521 Ω; realen Treiber und Datenblatt prüfen.

Rechenweg

$R_B=\frac{3{,}3-0{,}8}{0{,}0048}\approx521\,\Omega$

12 · Berechne die Kollektor-Emitter-Verlustleistung des eingeschalteten Schalters aus Aufgabe 9.

Lösung mit Rechenweg anzeigen

P = VCE,sat · IC.
0,2 V · 0,048 A.
P = 9,6 mW, ohne Basis- und Schaltverluste.

Rechenweg

$P_{CE}=0{,}2\cdot0{,}048=9{,}6\,mW$

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