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bauteil:transistoren

Transistoren

Die Auswahl an Transistoren ist unglaublich groß. Sie lassen sich zum Glück in Familien einteilen, innerhalb derer die Unterschiede nicht so groß sind. Allerdings unterscheiden sie sich in Preis und Lieferbarkeit zum Teil dramatisch. Deswegen lohnt es sich, für typische Anwendungszwecke jeweils ein Standard-Modell auszusuchen und davon einen kleinen Vorrat im Schrank zu haben.

Kleinsignal-Transistoren

In einigen Veröffentlichungen ist es üblich, die Abkürzungen TUN, TUP, DUS, oder DUG zu verwenden, wenn der genaue Typ eines Halbleiters für die Funktion nicht wichtig ist. Die Abkürzungen stehen dabei für:

  • TUN: transistor, universal, NPN
  • TUP: transistor, universal, PNP
  • DUS: diode, universal, silicon
  • DUG: diode, universal, germanium

Universelle Kleinsignaltransistoren in komplementären Paaren:

NPN (TUN) PNP (TUP) Bauform Beschaffung Bemerkung
BC847C BC857C SOT23 2 ¢ bei Bürklin
BC850C BC860C SOT23 3 ¢ bei Bürklin
BCP56 BCP53 SOT223 13 ¢ bei Reichelt
BC337 BC327 TO92 3 ¢ bei Bürklin
2N2905 2N2219 TO39 43 ¢ bei Reichelt mehr Leistung

Hohe Spannung

Jeweils in komplementären Paaren.

NPN PNP max. Spannung Bauform Anmerkung
BF820 BF821 300 V SO23 0.11 € bei Reichelt
MJE340 MJE350 300 V TO126 Klassiker, 0.26 € bei Reichelt
FZT857 FZT957 300 V SOT223 0.70 € bei Reichelt und Bürklin
FZT558 FZT458 400 V SOT223 1.05 € bei Farnell
FMMT558 FMMT458 400 V SOT23 0.25 € bei Reichelt und Bürklin
FMMT459 FMMT560 500 V SO23 Schwer zu beschaffen

Hohe Stromverstärkung

Eine wichtige Eigenschaft, in der sich Transistoren unterscheiden, ist die Stromverstärkung (hfe). Das ist der Faktor um den mehr Strom von Emitter nach Kollektor fließt als in die Basis strömt.

Modell Typ Bauform max. Spannung max. Strom min hfe noise figure
MPSA18 NPN TO92 45 V 100 mA 500 1.5 dB
MMBT5089 NPN SOT23 25 V 50 mA 400 2 dB
BC847C NPN SOT23 45 V 100 mA 400 2 dB
BC857C PNP SOT23 45 V 100 mA 400 10 dB
MMBT489 NPN SOT23 30 V 1 A 300 -

Hohe Frequenz

Modell Typ Bauform max. Spannung max. Strom max Frequenz hfe Anmerkung
BFT25A NPN SOT23 5 V 6.5 mA 5 GHz 80 Unter anderem für Photodioden-Verstärker PD-Hobbs
BFR92A NPN SOT23 15 V 25 mA 5 GHz 90 Wird nicht mehr hergestellt. Wir haben noch einige zig in der SMD-Schublade. Ersatz: BFR106
BFT92 PNP SOT23 -15 V 25 mA 5 GHz 80 Das Gegenstück zum BFR92A

FETs

MOSFET, N-Kanal

Ob ein MOSFET sich für eine bestimte Anwendung eignet, entscheidet sich meist an der Spannung und dem geforderten Strom. Wenn der Transistor nicht rein digital betrieben werden soll, ist außerdem die maximale Verlustleistung wichtg. Die wird meist durch die Bauform bestimmt und reicht von 0.3 W für SOT23 bis 600 W für SOT227. (Die Tabelle ist sortierbar durch Klick auf den jeweiligen Spaltenkopf)

Typ Bauform max. Spannung min. Widerstand max. Strom Anmerkung/Beschaffung
TSM2312 SOT23 20 V 0.033 Ω 5 A 0.10 €/Stück im Hunderterpack bei Schukat
IRF1324S D2PAK 25 V 0.001 Ω 429 A 6.56 € bei Farnell
IRLB3813 TO220 30 V 0.002 Ω 190 A 3.35 € bei Farnell
STP35NF10 TO220 100 V 0.035 Ω 40 A wird nicht mehr hergestellt, einige im Schrank
IXFN420N10T SOT227 100 V 0.002 Ω 420 A 17.62 € bei Mouser
IXFN60N80P SOT227 800 V 0.14 Ω 53 A 23 € bei Schukat
IRLB8743 TO220 30 V 0.003 Ω 78 A 0.71 € bei Mouser
NTD4904 TO252 30 V 0.004 Ω 89 A 0.35 € bei Farnell
STE180NE10 SOT227 100 V 0.006 Ω 180 A 30 € bei Bürklin, abgekündigt
IXFN200N10P SOT227 100 V 0.007 Ω 200 A 23 € bei Farnell
IRFP064N TO247 55 V 0.008 Ω 110 A 1 € bei TME
NTD4960 TO252 30 V 0.008 Ω 55 A 0.38 € bis 0.24 bei RS
IRLB8721 TO220 30 V 0.008 Ω 40 A 0.60 € bei Mouser
IRFP4004 TO247 40 V 0.0014 Ω 195 A 7 € bei Farnell
MTP3055 TO220 60V 0.018 Ω 12 A 0.85 € bei Mouser
PHT8N06LT SOT223 55 V 0.08 Ω 7.5 A 0.38 € bei Bürklin
ZXM64N035L3 TO220 35 V 0.06 Ω 13 A 1 € bei Reichelt und Bürklin
BS170 TO92 60 V 2.5 Ω 0.3 A 0.12 € bei Reichelt
IXFN200N SOT227 70 V 0.006 Ω 200 A 19 € bei Schukat, 31 € bei Farnell
FB180SA SOT227 100 V 0.0065 Ω 180 A 16 € bei Schukat, 31 € bei Farnell
BSS123 SOT23 100 V 3 Ω 0.15 A 0.03 €/Stück bei Schukat
IRLML0060 SOT23 60 V 0.1 Ω 2.7 A für den Verpolungsschutz. 0.10 € bei TME
IRF720 TO220 400 V 1.8 Ω 3.3 A 0.47 €, bei Reichelt
ZVN0545A TO92 450V 50 Ω 0.090 A 0.75 € bei Bürklin
IRFI840 FULLPAK 500 V 0.85 Ω 5 A Isoliertes TO220, 1.45 € bei Bürklin
IRFP460 TO247 500V 0.27 Ω 20 A 3.00 € bei Bürklin
BSP299 SOT223 800 V 4 Ω 0.4 A 1.16 € bei Bürklin
BUZ50A TO220 1000 V 5 Ω 2.5 A wird nicht mehr hergestellt. 2 Stück im Schrank
IRFBG30 TO220 1000 V 4 Ω 2 A 0.80 € bei Reichelt und Bürklin

MOSFET, P-Kanal

Die Herstellung von P-MOSFETs stößt schneller an technologische Grenzen als bei N-MOSFETs. Das erklärt die geringe Auswahl an Modellen für besonders viel Strom, oder besonders hohe Spannung. Wenn es sich einrichten lässt, sollte man daher P-Kanal MOSFETs in Schaltungen für Hochspannung oder große Leistung vermeiden.

Typ Bauform max. Spannung min. Widerstand max. Strom Kommentar
DN308 SSOT-3 -20 V 0.125 Ω 1.5 A
TSM2313 SOT23 -20 V 0.07 Ω 3.3 A
SUD50P04 TO252 -40 V 0.0081 Ω 50 A 1.30 € bis 0.97 € bei RS
BS250P TO92 -45 V 14 Ω 0.23 A
IRLML9301 SOT23 -30 V 0.1 Ω 3.6 A für den Verpolungsschutz. 0.1 € bei TME
BSS84 SOT23 -50 V 10 Ω 0.13 A
FDD5614P TO252 -60 V 0.10 Ω 15 A 0.80 € bei Mouser / Farnell / RS
MTP2955 TO220 -60 V 0.43 Ω 12 A Nicht mehr erhältlich. Einige Exemplare in der Schublade
IRF9530 TO220 -100V 0.2 Ω 12 A 0.60 € bei Reichelt
IRF9520 TO220 -100V 0.6 Ω 6 A 0.50 € bei Reichelt
BSP317P SOT223 -250 V 4 Ω 0.43 A
FQP4P40 TO220 -400 V 3.1 Ω 3.5 A 1 € bei RS
ZVP0545A TO92 -450 V 150 Ω 0.045 A

JFET, N-Kanal

JFETs funktionieren aus Sicht der Gate-Spannung anders herum als MOSFETs. Das heißt, sie sind leitend ohne Spannung am Gate und sperren bei voller Ansteuerung. Im Prinzip gibt es JFETs ebenfalls in N-Kanal und in P-Kanal Ausführung. Tatsächlich sind aber nur J-FETS mit N-Kanal üblich. Diese sperren bei einer positiven Spannung zwischen Gate und Source. Außerdem gibt es J-FETs nur in Ausführungen für kleine Leistungen.

Typ Bauform max. Spannung min. Widerstand max. Strom Anmerkung
BF245B TO92 30 V 150 Ω 10 mA für hohe Frequenzen
BFR30 SOT23 25 V 40 Ω 10 mA
2N4117A TO206 40 V 10 Ω 0.1 mA extrem kleiner Leckstrom, 5.04 € bei Mouser
MMBF4117 SOT23 40 V 0.6 mA sehr kleiner Leckstrom. 0.46 EUR bei Mouser
BF862 SOT23 20 V 25 mA besonders wenig Rauschen

Der extrem geringe Leckstrom macht die 2N4117A zum traditionellen Mittel der Wahl für kapazitive Sensoren. Die nächstbeste Wahl ist ein MMBF4117.

IGBTs

Wenn besonders viel Strom geschaltet werden muss, eignen sich IGBTs. Das sind bipolare Transistoren, deren Basis mit einem isolierten Gate angesprochen wird (Insulated Gate Bipolar Transistor). In gewisser Weise sind es also Kreuzungen zwischen bipolaren Transistoren und MOSFETs. Die App-Note 983 von IRF stellt die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den beiden Bauteilklassen zusammen. Zwischen Emitter und Kollektor fällt auch bei voller Durchschaltung immer eine Spannung zwischen 1.5 V und 3 V ab. Das bedeutet für hohe Ströme eine entsprechend hohe Verlustleistung. Daher sind für IGBT Bauformen sinnvoll, die gut Wärme an einen Kühlkörper abführen können.

Ein anderer Unterschied zu MOSFETs bsteht darin, dass es bei IGBTs keine Inversdiode gibt. Stattdessen zeigen sie bei verkehrter Polung einen Durchbruch bei einer Spannung, die je nach Modell zwischen 10 V und 50 V liegt.

Der Strom beruht in IGBTs wahlweise auf Löcherleitung (P-Kanal), oder auf beweglichen Elektronen (N-Kanal). Außerdem kann der Kanal bei am Gate angelegter Spannung öffnen, oder sperren. Daraus ergeben sich im Prinzip vier unterschiedliche Funktionsmuster. Ähnlich wie bei MOSFETs werden für Leistungsanwendungen aber nahezu ausschließlich öffnende N-Kanal Komponenten angeboten. Das heißt, ein typischer IGBT wird zwischen Kollektor und Emitter leitend, wenn an das Gate eine positive Spannung gegenüber dem Emitter anliegt.

  • Beim Magnesium-Experiment ist für die Umpolung der Fallen-Spulen ein Modul mit sechs IGBTs verbaut, die 450 A schalten können: SemiX453GD176HDc
  • Bis etwa 70 A gibt es ein breites Angebot an einzelnen IGBTs in den Bauformen TO220 und TO247. Bei Quantus werden mit diesen Bauteilen die 40 A einer Magnetspule von Helmholtz- in Anti-Helmholtz-Konfiguration umgepolt.
Typ Bauform max. Spannung max. V_CE max. Strom Kommentar
IRG4PH50U TO220 600 V 2.9 V 45 A erhältlich bei Schukat, oder Reichelt für etwa 3.60 €
HGTG12N60A4 TO247 600 V 2.7 V 54 A erhältlich bei Farnell ab 4.00 €
STGW39 TO247 600 V 2.5 V 80 A Freilaufdiode integriert, Farnell einzeln 6.80 €
STGW19 TO247 600 V 2.5 V 42 A Freilaufdiode integriert, Farnell einzeln 2.50 €
IKW30N60T TO247 600 V 2.05 V 60 A Freilaufdiode integriert, Farnell einzeln 6.40 €
CM300DY-24NF Klotz 1200 V 2.0 V 300 A Zwei IGBTs in einem Gehäuse

Einige Datenblätter von IGBTs im Gehäuse TO220, oder TO247 schweigen sich über die Pinbelegung aus. Offenbar gibt es letztlich nur eine Belegung, die für diese Bauteile üblich ist:

  _________
 /   ||    |--- Emitter
| O  ||    |--- Kollektor
 \   ||    |--- Gate
  ---------

IGBTs haben einige Eigenheiten. Dazu gehört eine recht große Kapazität am Gate, parasitäre Induktivitäten und das nichtlineare Verhalten der Body-Diode. Diese Abweichungen vom Ideal fallen besonders dann auf, wenn die IGBTs große Ströme schnell schalten sollen. Dann treten leicht Oszillationen auf, die die Funktion der Schaltung in Frage stellen. Das kann man in den Griff bekommen, indem man ein Netzwerk aus Kondensatoren, Widerständen und Dioden zwischen Emitter und Kollektor schaltet. Dieses Netzwerk heißt “Snubber”. Es dient dazu, unerwünschte Spannungen abzuleiten.

Ärgerlicherweise gibt es kein universell anwendbares Snubber-Netzwerk. Es muss grob zur jeweiligen Anwendung passen. Hinweise zur Auslegung des Snubbers gibt es von Mitsubishi in einem informativen Dokument mit dem Titel “General Considerations for IGBT and Intelligent Power Modules”. Dort wird auch auf Probleme eingegangen, die mit der Masse und der Abwärme auftreten können.

bauteil/transistoren.txt · Last modified: 2017/05/09 16:31 by kmk