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Transistor, verständliche Erklärungen

lima-cityForumSonstigesTechnik und Elektronik

  1. Autor dieses Themas

    myhead

    myhead hat kostenlosen Webspace.

    Nabend =)

    Ich würde mich freuen wenn mir einer von euch den Transistor mal erklären könnte...das was ich bis jetzt weiß ist nicht viel... ich fass mal grob zusamm ...irgendwas mit Spannung und Strom, Basis, Kollektor, Emitter ...

    öhm..joa wie ihr seht nicht gerade viel...ich hoffe ihr könnt mir helfen mal endlich dieses Bauteil zu verstehen, welches ich seit 2 1/2 Jahre nicht versteh.

    also mir wäre wichtig zu Wissen, was machst der Transistor, wie funktioniert ungefähr, und wie verhalten sich die Spannungen und Ströme? bzw. wie fließt der Strom?...oder soo.

    ...falls die Frage kommt, ja ich habe auch schon Bücher/Internetseiten und sonstiges durchforstet...ich verstehe das Teil einfach nicht.
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  3. Naja, also aus dem Ärmel schüttel ich das auch nicht. Erste Anlaufstelle ist natürlich Wikipedia, aber ich vermute mal, da warst du schon?

    Sonst googlen (zB. nach "Transistor einfach erklärt"):
    http://www.ferromel.de/tronic_1870.htm
    http://www.trauner.at/service/downloadswinf/projekt2/p2_2b.htm
  4. Am besten lässt sich der Transistor mit diesem Bild beschreiben:
    http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Transistor_animation.gif&filetimestamp=20080108143920

    Am Kollektor liegt immer Spannung an. Wenn an der Basis keine anliegt so leitet der Transistor nicht und am Emitter kommt kein Strom an. Wenn aber an der Basis auch Strom anliegt, dann leitet der Transistor und am Emitter kommt Strom an.
  5. codenameinfinity

    codenameinfinity hat kostenlosen Webspace.

    Gibt es nicht zwei verschiedene Transistortypen?
  6. In der Tat gibt es noch den Feldeffekttransistor, aber der ist echt kompliziert zu erklären. Habe das selber erst nach einer Weile verstanden. Diese funktionieren außerdem mit Source Drain und Gate, was ja scheinbar hier nicht gefragt war.
  7. codenameinfinity schrieb:
    Gibt es nicht zwei verschiedene Transistortypen?


    Ich glaube du meinst hier NPN und PNP Transitoren. Hier sind einfach die Schichten vertauscht, d.h. P = Positiv, N = Negativ. Folglich schalten sie bei Stromfluss in umgekehrter Richtung, um es mal ganz platt auszudrücken. Ich denke mal, das war es, was du meintest.(?)
  8. elektronik-box

    elektronik-box hat kostenlosen Webspace.

    Hallo,

    im Prinzip haben alle vorherigen Antworten recht.

    Im groben kann man sagen, dass ein Transistor ein elektischer Schalter ist. Dabei ist die Basis die Steuerleitung, der Collektor der Eingang und der Emitter der Ausgang.

    Collektor kannst du auch Sammler sagen, er Sammelt die Elektronen (in der Elketornik müsste man eigentich Positronen sagen, da der Strom für die ja anderesrum "fleißt".)
    Der Emitter emittiert, also macht das was die Basis im sagt. Sagt die Basis, das Strom da ist, dann macht auch der Emitter Strom, der Transistor wir leitetend. Sagt die Basis, dass sie keinen Strom hat, dann hat auch der Emitter keinen Strom -> der Transistor sperrt.

    Das ist jetzt eine gaaaaaannnnnnnzzzzzz einfache Erklärung. Für genaueres empfehle ich dir http://www.elektronik-kompendium.de
    genauer:
    http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0201291.htm

    Gruß
    Michael
  9. moin ;),

    ich selbst hatte auch meine Probleme einen Transistor zu verstehen, aber mit hat eine Analogiebetrachtung mit einem Wasserkanal geholfen...

    http://www.domnick-elektronik.de/elek/ts_wasser0.gif
    oder
    http://home.arcor.de/d.bacher/Transistor/Wasser.gif

    Ich find so, versteht recht gut und anschaulich...
  10. Moin moin,

    wichtig zu Wissen beim Transistor ist vllt. auch noch, dass es da nicht nur die Zustände "An" und "Aus" gibt. Je nachdem, was an der Basis anliegt, fließt entsprechend viel Strom über CE an (Stichwort Verstärkungsfaktor beta). Ist gerade interessant zu Wissen, wenn in der Uni mal wieder gefragt wird, in welchem Bereich sich der Transistor gerade befindet (nette Prüfungsfrage :D)
  11. Da in diesem Thread bisher nur erklärt wurde was ein Transistor macht und nicht wie er was macht geb ich auch mal meinen Senf dazu :)

    Ich geh dabei vom NPN Transistor aus, der PNP funktioniert genau nach dem gleichen Prinzip, nur eben alles umgekehrt.

    Als erstes muß man sich klarmachen was ein Halbleiter ist. Aus diesem Material besteht nämlich hauptsächlich ein Transistor. Ganz Allgemein kann man Materialien in die Klassen Leiter, Nichtleiter (Isolatoren) und Halbleiter unterteilen. Der Unterschied zwischen den drei Klassen lässt sich am besten mit den Unterschiedlichen Bandlücke-Energie erklären.

    Die Bandlücke(-energie) ist diejenige Energie die man benötigt um ein Elektron aus dem Valenzband in das Leitungsband zu heben. Um hier weiterzumachen muß man sich nun im klaren sein was ein Energieband überhaupt ist. Hat man einen Kristall, sagen wir mal einen Siliziumkristal (1mol schwer), so besitzt dieser ca. 10^23 Elektronen in den äußeren Schalen. In jeder Schale darf jedes Elektron nur einen Energiezustand besetzen (dies besagt das Pauliprinzip), daher variieren die Energiezustände ganz leicht. Wenn man nun 10^23 Elektronen hat, so gibt es 10^23 diskrete Energieniveaus. Zeichnet man dies auf die y-Achse ein, so sieht das aus wie ein Band, weil die Linien so dicht gepackt sind.

    Diese Bänder sind nun je Elektronenschale diskret angeordnet. Das oberste Band nennt man Valenzband. Das Leitungsband ist das Band, welches sich überhalb dem Valenzband befindet. Hat man ein Elektron aus dem Valenzband ins Leitungsband gehoben (sprich man hat ihm die Energie der Bandlücke zugefügt, z.B. durch Bestrahlung mit Licht) so ist dieses Elektron nichtmehr an seinen Kern gebunden und kann sich frei bewegen.

    Das nutzt man nun zur Klassifizierung von Leitern. Bei einem Nichtleiter/Isolator ist das Valenzband und das Leitungsband sehr weit auseinander (>3eV = 4,9*10^-19 J). Bei einem Halbleiter ist die Lücke zwischen Valenz- und Leitungsband 1eV - 3eV groß (Beispiel: Ein Photon mit 750nm - rotes Licht - hat eine Energie von 1.65eV). Man kann also relativ einfach den Halbleiter zum Leiten bringen, man muß jedoch Energie hineinstecken. Bei einem Leiter können sich Valenz- und Leitungsband sogar überlappen. Daher leiten sie von Natur aus den Strom und daher ist das Modell des Elektronengases sehr gut.

    Falls du bis hierhin noch nicht ganz mitgekommen bist, vielleicht nochmal lesen bis es weitergeht. Das ganze ist wesentlich einfacher als es klingt (ist aber auch alles relativ flachs dahergeschrieben, aber grundlegend korrekt).

    Nun kann man einen Halbleiter dotieren, sprich gezielt mit Fremdatomen Verunreinigen. Als Beispiel nehm ich Silizium, weil dass das am häufig verwendetste Halbleitermaterial ist (ist auch in riesigen Mengen auf der Erde verfügbar, da Quarzsand aus SiO2 besteht). Silizium besitzt 4 Außenelektronen, am besten mal in diese Wikipedia Grafiken schauen:

    http://de.wikipedia.org/wiki/Dotierung

    Ersetzt man nun in dem Siliziumkristall ein Si-Atom mit einem Phosporatom, so hat das Krisltalitter an einer Stelle 5 Elektronen, statt 4. Der Kristall besitzt somit ein zusätzliches Elektron, welches sich nurnoch ganz knapp unterhalb des Leitungsband befindet. Fügt man dem nun Energie hinzu (z.B. durch Anlegen einer Spannung) kann sich dieses Elektron frei bewegen. Man hat somit einen n-Dotierten (n wie negativ) Siliziumkristall.

    Das gleiche passiert bei der p-Dotierung des Kristalls mit einem Aluminiumatom. Nur fehlt dem Kristall nun ein Elektron. Dieser Platz des fehlenden Elektrons nennt man ein Loch. Dieses kann nun, genauso wie bei der n-Dotierung das überschüssige Elektron, wandern, da sich benachbarte Atome ganz einfach in dieses Loch einlagern können, wodurch ein neues Loch entsteht, usw.

    So dies ist der wesentliche Unterschied zwischen der n- und der p-Schichten eines Transistors, man bedenke aber das beide elektrisch neutral sind.

    Jetzt kann man sich Überlegen was passiert wenn man einen p-dotierten Kristall neben einen n-dotierten Kristall bringt (also in direkten Kontakt bringt). Der p-dotierten Schicht fehlt ein Elektron, die n-dotierte Schicht hat ein Elektron über (fehlen/über haben im Sinne der 4 Außenelektronen Struktur, elektrisch sind die Schichten natürlich neutral!). Für das Elektron ist es nun energetisch wesentlich günstiger und es wandert in ein Loch der p-Schicht (das nennt man auch Diffundieren). Dies passiert so lange bis das Gegenfeld der gewanderten Löcher und Elektronen so groß ist, dass es die Diffusion kompensiert. An der Grenzschicht entsteht somit eine Spannung, da die p-Schicht sich nicht zustehende Elektronen gegriffen hat und die n-Schicht benötigt Elektronen abtreten mußten. Diese Spannung hat den charakteristischen Wert von 0,7V (bei 0,7V müsste es Klick machen). Vll nochmal eine Grafik zur Erläuterung:

    http://de.wikipedia.org/wiki/P-n-%C3%9Cbergang

    Wie du in diesem Bild sehen kannst gibt es im Bändermodell einen Knick. Dies bedeutet das wenn ein Elektron von der Rechten Seite zur Linken kommen möchte, so muß es zusätzlich Energie (0,7eV) aufnehmen, um die Sperrschicht zu passieren. Dies ist genau das Prinzip einer Diode.

    Und genau dass macht man sich nun beim Transistor zu nutze. Dort hat man nun zwei solche pn-Übergänge (BE-Sperrschicht und BC-Sperrschicht), da die Schichten NPN angeordnet sind. Hast du jetzt nur Kollektor und Emitter an eine Spannungsquelle angeschlossen, so haben die Elektronen keine Möglichkeit beide pn-Übergänge zu durchbrechen (da diese entgegengesetzt geschaltet sind, kann in keine Richtung Strom fließen). Legst du (wie man das korrekterweise beim NPN macht) den -Pol an den Emitter an, so würden die Elektronen vom Minuspol in den Emitter fließen und damit die BE-Sperrschicht verkleinern (es sind wieder Elektronen da, die die diffundierenden Elektronen welche zur p-Schicht gewandert sind ausgleichen, sprich der Knick der Bandlücke wird begradigt). Allerdings vergrößert sich dadurch die BC-Sperrschicht, da nun mehr Elektronen in der p-Schicht sind als zuvor und die neue Bandlücke nicht überwinden können. Dadurch haben die Elektronen keine Chance vom Emitter zum Kollektor zu wandern (man beachte das der Strom von + nach - geht, was aber gerade dem negativen Elektronfluss entspricht - daher erklär ich es nur aus der Sicht der Elektronen).

    Nun kommt die Basis ins Spiel. An der Basis liegt gewöhnlich eine positivere Spannung an als am Emitter. Somit fließt ein Teil der Elektronen die die BE-Sperrschicht überwunden haben, ab zur Basis (genaugenommen werden die Elektronen durch die BE-Sperrschicht zur Basis hin beschleunigt). Die Basis besteht aus einer sehr dünnen Schicht so dass die Elektronen genügend "Schwung" um durch die BC-Schicht durchzufundieren. Theoretisch bräuchten sie nichtmal wirklich Schwung, da die BC-Sperrschicht aus einem Gefälle der Bandlücke besteht und die Elektronen somit in jedem Fall dort Energieaufnehmen. Die Elektronen kommen somit problemlos durch die Kollektorschicht und weiter bis zum +Pol, womit man einen Stromfluß erzielt hat.

    Auch ist nun klar wieso die Basisspannung soviel kleiner sein darf, als die CE-Spannung. Dies liegt daran dass, die Basisspannung nur die BE-Sperrschicht brechen muß, und nicht beide Schichten. Da diese gerade 0,7V groß ist, genügt eine Spannung von 0,7V um die BE-Schicht zu egalisieren (theoretisch natürlich etwas mehr, da schließlcih auch ein Teil der Elektronen über die Basis abfließt).

    Mehr fällt mir im Moment nicht zum Transistor ein. Falls ich einen Denkfehler haben sollte oder etwas unklar ausgedrückt ist bitte melden. Ich hab wirklich probiert die Dinge zu aufzubereiten, das sie verständlich sind (und das ist ganz klar eine große Schwäche von mir).

    Gruß Tobi

    Edit: dickes Sorry für die vielen Rechtschreibfehler, aber meine Tastatur geht nervig schwer.

    Beitrag zuletzt geändert: 19.5.2009 0:06:16 von ttobsen
  12. Autor dieses Themas

    myhead

    myhead hat kostenlosen Webspace.

    Danke Danke hat mir alles durchaus sehr weitergeholfen...
    bzw. ich denke ich habe ihn weitestgehend verstanden aber habe jetzt mal eine Frage zum Basisspannungsteiler:

    http://myhead.lima-city.de/BasisSpannungsteiler.png
    Die anliegende Spannung ist Ub = 10V ..z.B.:

    das heißt doch R1 rechnet man mit Formel: R1 = \frac{Ub - UBE} {IB+Iq} ?
    und R2 Formel: \frac{UBE} {Iq}

    aber wie würde man jetzt die Teilströme ausrechnen als IB, IC, und Iq ?

    Formel: Iq = \frac{UBE}{R2}
  13. Hallo,

    der Basisspannungsteiler ist ja kein Selbstzweck, sondern stellt den Arbeitspunkt des Transistors ein. Dieser wiederum hängt vom gewünschten Verwendungszweck der Schaltung (insbesondere Schalter oder Verstärker) ab.
    Nehmen wir mal den Verstärker. Dann ist es üblicherweise wünschenswert, das am Kollektor im Ruhezustand etwa die halbe Betriebsspannung anliegt und der Transistor möglichst lienear arbeitet, damit das Ausgangssignal nicht verzerrt (z.B. in der Amplitude beschnitten) wird. Dazu muß man die Kennlinie des Transistors betrachten und etwa die Hälfte des linearen Bereichs ermitteln. Hierüber kann man dann IB und IC ablesen und RC entsprechend wählen.
    Die Werte von R1 und R1 und somit auch der zugehörigen Ströme legt man ggf. nach gewünschter Verstärkung der Schaltung bzw. nach Ausgangswiederstand der vorherigen Stufe aus. Ich glaube Schaltungen gesehen zu haben, bei denen Iq 10 bis 100 mal IB ist.
    Vielleicht hilft ja auch das noch:
    http://www.nano.physik.uni-muenchen.de/elektronik/nav/k5t1.html

    Soll der Transistor als Schalter arbeiten, so ist der Arbeitspunkt entsprechend anders zu wählen (Uc = 0 oder Ub).

    Das alles gilt für den Bipolartransistor und ist sehr theoretisch und elementar.

    Gruß
    Manni
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