Kollektor
Englisch: collector
Der verstärkte Anschluss eines Bipolartransistors.
Kollektor: dort wo der Strom aus einem Transistor fließt
In einem Bipolartransistor (BJT) ist der Kollektor die Anschlussleitung, die den verstärkten Ausgangsstrom aufnimmt. Er sitzt dem Emitter in der Gerätestruktur gegenüber: Strom tritt über die Basis (die Steuerklemme) ein, wird im Transistor verstärkt und verlässt das Gerät über den Kollektor. Der Kollektor ist typischerweise schwächer dotiert als der Emitter, und die Region zwischen Emitter und Kollektor (die Basis) ist extrem dünn, oft weniger als 1 Mikrometer.
Der Kollektor muss im aktiven Modus eines NPN-Transistors auf einem höheren Potenzial als der Emitter vorgespannt sein. Diese Sperrspannung an der Kollektor-Basis-Sperrschicht ist essentiell für die Transistorverstärkung; sie verbreitert die Verarmungszone und ermöglicht es Minoritätsladungsträgern (Elektronen in einem NPN-Gerät), mit hoher Geschwindigkeit zur Kollektor-Anschlussleitung transportiert zu werden. Wird diese Vorspannung entfernt, stoppt die Verstärkung.
Häufige Schaltungen und Anfängerfehler
Der Kollektorstrom selbst ist nicht das Steuersignal; er ist proportional zum Basisstrom, wobei das Verhältnis Stromverstärkung oder Beta genannt wird. In einem gesättigten Transistor sind beide Sperrschichten in Durchlassrichtung gepolt und die Stromverstärkung fällt stark ab, was Sättigung für Schaltanwendungen nützlich macht, bei denen der Transistor vollständig durchgesteuert sein soll. Im Sperrbereich ist der Basisstrom null und der Kollektorstrom nähert sich null.
Wärmeableitung am Kollektor ist oft der begrenzende Faktor in BJT-Schaltungen. Hoher Kollektorstrom kombiniert mit hoher Kollektor-Emitter-Spannung erzeugt erhebliche Verlustleistung. Deshalb haben Leistungstransistoren große Metallkollektorzungen und werden häufig auf Kühlkörper montiert. Das Überschreiten des maximalen Kollektorstroms, der maximalen Kollektor-Emitter-Spannung oder der maximalen Leistungsdissipation führt zu permanenten Schäden.
Der Begriff "Kollektor" spiegelt die historische Funktion wider: In frühen Transistor-Designs sammelte die Kollektor-Region buchstäblich Ladungsträger, die vom Emitter emittiert und durch die Basis transportiert worden waren. Der Name blieb bestehen, obwohl das moderne Verständnis ihn genauer als eine Sperrschicht behandelt, die Strom entzieht und verstärkt.