Wie funktioniert ein Transistor?
Ich versuche nun schon eine ganze Weile die Funktionsweise eines Transistors zu verstehen. Bis jetzt habe ich folgendes Verständnis:
1. Diode:
Eine Diode ist ein Halbleiter dessen eine Seite n-dotiert und dessen andere Seite p-dotiert ist. Da somit auf der einen Seite der Diode ein Elektronenüberschuss und auf der anderen Seite ein Elektronenmangel herrscht, bewegen sich Elektronen von der n-Seite in Richtung p-Seite. Auf Grund dieser Elektronenbewegung entsteht ein elektrisches Feld, mit Minuspol auf der p-Seite und Pluspol auf der n-Seite. An einem gewissen Punkt ist das Potential des elektrischen Feldes genau so groß wie der Wille der freien Elektronen auf der n-Seite auf die p-Seite zu wandern. Ab diesem Zeitpunkt ist das Potential des elektrischen Feldes konstant 0,7V (bei Silizium) und es wandern keine Elektronen mehr von der n-Seite zur p-Seite.
Baut man die Diode jetzt in einen Stromkreis ein, dann wird je nach Richtung des Stromes das äußere elektrische Feld des Stromkreises, dem inneren entgegenwirken oder es verstärken. Verstärkt das äußere Feld das innere, dann wird niemals ein Strom fließen. Falls das äußere Feld dem inneren jedoch entgegenwirkt, wird es das innere ab einer Spannung > 0,7V aufheben und Strom wird fließen. In folgenden Fall würde für U > 0,7V also Strom fließen.
2. Transistor:
Ein Transistor ist wie eine Diode nur ein Halbleiter. Anstelle von 2 verschieden dotierten Bereichen besitzt ein Transistor 3. Je nach Typ des Transistors wird der mittlere Bereich p-dotiert und die äußeren beiden n-dotiert (NPN-Transistor). Oder umgekehrt (PNP-Transistor). Der Aufbau eines NPN-Transistors sieht dann so aus.
Der Emitter ist dabei stark dotiert, die Basis schwach dotiert und der Kollektor mittelmäßig dotiert. Außerdem gibt es 2 entgegengesetzte elektrische Felder, die einen Stromfluss blockieren. Das heißt wenn man den Transistor nun in einen Stromkreis einbaut wird das äußere elektrische Feld des Stromkreises immer eines der inneren elektrischen Felder verstärken und es kann nie ein Strom fließen. Dazu folgendes Beispiel:
Das äußere elektrische Feld würde also das linke innere elektrische Feld aufheben. Somit würden die freien Elektronen des Emitters zur Basis wandern und die dortigen Löcher schließen. Da der Emitter stärker dotiert ist, als die Basis hätte man nun auch einen Elektronenüberschuss in der Basis. Da das äußere elektrische Feld gleichgerichtet ist wie das rechte innere, wird dieses nicht aufgehoben und es ist kein Stromfluss möglich.
Baut man den Transistor nun über den Emitter und die Basis in einen zusätzlichen Stromkreis ein ergibt sich folgendes.
1 Antwort
Die Erklärung für die Diode ist recht gut und korrekt (obwohl die Wortwahl mit "Stromkreis hebt Feld auf" technisch nicht in Ordnung ist.
Zitat (Transistor): "Da der Emitter stärker dotiert ist als die Basis, herrscht nun auch an der Basis Elektronenüberschuss".
Damit nimmst Du also an, dass die meisten der vom E emittierten Elektronen den Basis-Anschluss erreichen, was nicht stimmt.
Die einfachste Vorstellung geht von der Diodenwirkung der B--E-Strecke aus:
Die B-E-Spannung lässt Elektronen vom Emitter in Richtung Basis bewegen - allerdings wird der überwiegende Anteil davon (wegen der extrem dünnen Basisschicht und der Bewegungsenergie der Elektronen) nicht zum Basis-Anschluss fließen, sondern durch die Basisschicht durchschießen und von der größeren Koll.Spannung (positiv) angezogen werden. Das ist alles.
Einige wenige Elektronen erreichen doch den Basis-Anschluss und bilden den kleinen Basisstrom. Beide Ströme (Basis- und Koll. strom) werden also durch die B-E-Spannung bestimmt bzw. gesteuert in ihrer Größe (und es gibt ein nahezu festes Verhältnis zwischen beiden Strömen).
Diese vereinfachte und prinzipielle Überlegung vernachässigt Rest- und Sperrströme und den Rekombinationseffekt .
Oder anders (und exakter) gesagt: Die B-C-Diode ist ja in Sperr-Richtung gepolt - wo sollen denn die Elektronen, die Deinen Worten nach nicht zum Kollektor "durchdringen" könnten, überhaupt herkommen (ohne B-E in Durchlass-Richtung)?
Ok, das heißt die B-E Spannung hebt das innere Feld zwischen Emitter und Basis auf und Elektronen wandern zur Basis. Die Bewegungsenergie der Elektronen + die positive Kollektor Spannung sind stark genug, dass die Elektronen das 2. innere Feld zwischen Basis und Kollektor durchdringen und somit ein Strom fließt?
Und ohne B-E Spannung würde die positive Kollektor Spannung zwar das innere Feld zwischen Emitter und Basis aufheben allerdings wäre diese allein für die Elektronen zu schwach, um das innere Feld zwischen Basis und Kollektor zu durchdringen?