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Transistoren als elektronische Bauteile

Allgemeines:
Transitoren sind ein wichtiges elektronisches Bauteil in der Elektrotechnik. Aufgrund ihrer Eigenschaft (Transistoren kann man sich als Gegeneinanderschaltung von Dioden vorstellen) können Transitoren als Steuerungselement von Strömen verwendet werden. Dabei wird eine Stromverstärkung von bis zu 100x erreicht. Es empfiehlt sich daher auch, dass Kapitel "Dioden als elektronische Bauteile" auf Lernort-Mint zu lesen.
 
 

Transistoren als elektronisches Bauteil:
Wie bereits in der Einleitung erwähnt, kann man sich einen Transistor aus zwei Dioden aufgebaut vorstellen. Daher handelt es sich bei einem Transitor um einen Halbleiterkristall, der aus drei unterschiedlich beschichteten Schichten besteht. Allgemein unterscheidet man zwischen einer n-p-n und einer p-n-p-Schichtung.
Daher hat ein Transistor auch drei Anschlüsse, diese Anschlüsse bezeichnet man als Emitter E, Kollektor C und Basis B.äuse herausführen. Die mittlere Schicht des Transitors hat die Bezeichnung Basis (B) und hat dabei die Funktion als Steuerung des Transistors. Wie bei den Dioden sind bei den Transitoren die Übergänge zwischen den unterschiedlich dotierten Schichten verantwortlich. Die für Transistoren charakteristischen Spannungen sind die Spannung (UBE) zwischen Basis und Emitter und die Spannung (UCE) zwischen  Kollektor und Emitter.
 

Widerholung: P-N-Übergang bei Dioden:
.Da es in n-dotierten Halbleitern wesentlich mehr bewegliche Elektronen gibt als im p-dotierten Halbleiter, diffundieren Elektronen vom N in den P Halbleiter. Durch die Diffusion  von beweglichen Ladungsträgern bleiben die unkompensierten Ladungen der Donatoren bzw. Akzeptoren zurück.

Beim Anlegen einer Spannung an der Diode in Duchlassrichtung (Pluspol an die Anode) werden die positiven Ladungsträger der p-dotierten Zone vom Minuspol angezogen. Die negativen Ladungsträger aud der n-dotierten Zone werden vom Pluspol angezogen. Zwischen den beiden Zonen rekombinieren sich diese Löcher (positive Ladungsträger) mit den Elektronen. Es findet ein Ladungstransport statt.Legt man nun den Pluspol an die Kathode der Diode, so wirden die Ladungsträger aus der p-dotierten Zone zum Minuspol angezogen und die Ladungsträger der n-dotierten Zone zum Pluspol. In diesem Fall bildet sich zwischen den beiden Zonen eine ladungsfreie Zone, wodurch ein Stromtransport unterbrochen ist (empfehlenswert ist in diesem Fall sich das in einem Stromkreis hinzuzeichen, dann ist dieser Sachverhalt schnell ersichtlich).
 

Funktionsweise von Transitoren:
Wie bei allen verzweigten Stromkreisen gilt auch bei dem Transitor die sog. Knotenregel (die Summe der Ströme an einerm Konten ist gleich 0). Diese besagt, dass für die Strömstärke an den einzelnen Elementen gilt: IB + IC - IE = 0 (der Emitterstrom wird negativ gezählt, da er aus dem Transiter herausfließt). Daraus folgt, dass der Emitterstrom die Summe aus Basis und Kollektorstrom ist. Das Verhältnis von Basisstrom und Kollektorstrom wird als sog. Stromverstärkung bezeichnet und kennzeichnet die Funktion eines Transitors (die Stromverstärkung kann dabei bis zu 100x betragen). Bei einem Transitor steuert ein kleiner Fluss an der Basis eine "Funktion" (ähnlich einer Klappe), die dann den Stromfluss von Kollektor zum Emitter steuert, d.h. liegt ein Stromfluss von Basis zum Emitter vor, existiert ein Stromfluss von Kollektor zu Emitter. 

Man kann sich die Einheit Basis-Emitter wie eine Sperrrichtung vorstellen. Werden p-dotierte und n-dotierte Schichten zusammengeführt, diffundieren Elektronen in den p-dotierten Bereich und die (positiven) Löcher wandern in den n-dotierten Bereich. Dadurch wird der n-dotierte Bereich positiv der p-dotierte Bereich wird negativ. Durch Rekombination entstehen Orte, an denen sich keine Ladungsträger befinden  und es entsteht daher eine Sperrschicht. Nun gibt es zwei Möglichkeiten, wie man eine Spannung anlegen kann. Legt man ein den Pluspol an den n-dotierten Bereich und den Minuspol an den p-dotierten Bereich erhöht dies das elektrische Feld und führt zu einer Vergrößerung der Sperrschicht.

Legt man die Spannung in anderer Richtung an (Pluspol an p-Zone und Minuspol an n-Zone), so wird das elektrische Feld zwischen den beiden Zonen verringert, was zu einer "Verkleinerung" der Sperrzone führt. Ab einer bestimmten Spannung "verschwindet" die Sperrschicht sogar gängzlich. Hebt diese Spannung die Sperrschicht zwischen Basis und Emitter auf, somit kann der sog. Basisstrom fließen. Dadurch gelangen Elektronen in die Sperrschicht zwischen Basis und Kollektor und können hier ebenfalls die Sperrschicht verkleinern bzw. aufhaben.
 
 

  • EinKollektorstrom fließt nur, wenn ein Basisstrom fließt. 
  • Wird der Basisstrom am Transitor verändert, dann verändert sich auch der Kollektorstrom.
  • Der Kollektorstrom ist um ein vielfaches größer als der Basisstrom und kommt durch die Aufteilung des Stromflusses von Kollektor und Basis. Dieser Größenunterschied wird als Stromverstärkung bezeichnet.
  • Wenn kein Basisstrom fließt, dann sperrt der Transistor. Fließt hingegen ein Basisstrom, dann wird der Transistor leitend.
  • Der Transistor ist der Knoten zweier Stromkreise. Der Stromkreis mit der Spannung UBE wird als Steuerstromkreis bezeichnet. Der Stromkreis mit der Spannung UCE wird als Arbeits- oder Laststromkreis bezeichnet.
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