Frage zu den Elektronischen Bauteilen "Transistoren"?
Hallo,
habe letzten mal ein wenig über Transistoren gelesen/gehört/gesehen. Sind ja recht interessante Dinger.
Wenn ich das richtig verstanden habe können die Dinger mit einem einer verhältnismässig geringen Stromzufuhr einen verhältnismässig grossen StromSchalten bzw. durchfliessen lassen.
Also ich legen an einem der drei Beine (dem "Collector" nehme ich an) ein paar millivolts an und bewirke damit das vom "Emitter" zur "Base" dann strom fliesst.
Nun gbt es für die unterschiedlichen Ströme sicherlich unterschiedliche Bezeichnungen.
Frage 1:
Wie wird der Strom bezeichnet also mit welcher Abkürzung versehen welcher anliegen muss damit der Transistor leitend wird?
Frage 2:
Und wie wird der geleitete Strom bezeichnet auch mit Abkürzung.
Frage 3:
Und gibt es sowas wie eine Übergeordnete Tabelle aus der die Angaben für alle Transistoren hervorgeht. Also reinsehen nach Modelnummer suchen und Daten abgreiffen.
5 Antworten
Du hast dich ja schon schön in eine neues Thema eingearbeitet. Vielleicht mal noch etwas Allgemeineres. Es gibt nicht nur den einen Transistortypen, sondern verschiedene Bauformen. Transistoren bestehen ja aus Halbleitern die entsprechend dotiert sind (also n- oder p-dotiert). Anhand der Halbleiter (HL) kann man auch eine Unterscheidung treffen.
TransistortypenEs gibt Bipolartransistoren (BJT, IGBT, etc.), die n- und p-dotierte HL haben und Unipolartransistoren (MOSFET, JFET, MeSFET, MISFET, etc.), die entweder n- oder p-dotierte HL haben. Die genannten verwenden ein HL-Material, typischerweise Si (Silizium), oder für hochfrequente Sachen Gallium-Arsenid (GaAs). Und dann gibt es noch jeweils Varianten wo nicht nur eine HL-Verbindung verwendet wird, sondern mehrere. Diese werden dann als Hetero-Transistoren bezeichnet und sind entsprechend HBT bzw. HEMT.
Was du herausgesucht hattest war der klassische Bipolartransistor (BJT). Er hat die Anschlüsse Basis (B), Kollektor (C) und Emitter (E). Die Ströme werden entsprechend den Anschlüssen bezeichnet und fließen laut Konvention in den Transistor hinein. Man kann aber natürlich auch einen Strom definieren der hinausfließt. Was sich ändert ist dann immer nur das Vorzeichen.
Frage 1 und 2:Du hat also drei Ströme: Basisstrom I_b, Kollektorstrom I_c und Emitterstrom I_e. Du gehst davon aus, dass es eine Stromverstärkung gibt, also du legst einen kleinen Eingangsstrom an und es stellt sich ein entsprechend größerer Ausgangsstrom ein. Das ist aber nicht immer der Fall. Es kommt darauf an, wie du den Transistor beschaltest.
Hier ist das mal schön erklärt. Eine Stromverstärkung hast du nur in Kollektorschaltung oder Emitterschaltung. Hier ist es so, dass dein kleiner Eingangsstromstrom (Steuerstrom) der Strom in die Basis (I_b) ist. Der verstärkte Strom ist dann je nach Schaltung I_c oder I_e.
Übrigens ist die Funktionsweise von allen Transistoren die FET im Namen haben etwas anders. Dort gibt es keinen Steuerstrom, sondern eine Steuerspannung.
Frage 3:Solche Tabellen gibt es. Es macht aber nur Sinn Transistoren aufzulisten die man auch kaufen kann. Daher ist die beste Option bei Online-Händlern zu suchen. Dort gibt es dann idealerweise eine parametrische Suche, d.h. du kannst Suchkriterien festlegen und dir werden dann alle Transistoren aufgelistet die den Kriterien entsprechen.
Ich verwende dafür gerne Digikey oder auch teilweise Mouser. Natürlich gibt es zwischen den beiden große Überschneidungen. Bei der Suche musst du vorher den entsprechenden Typ auswählen (meistens BJT, FET, IGBT oder JFET). Die zwei Links sind mal für BJTs.
du hast es fast erkannt. allerdings die anschlüsse verwechselt.
der hauptstrom fließt vom collektor zum emmitter. die basis ist der anschluss an der der steuerstrom angelegt wird.
transistoren gibts als PNP (negative basisspannung) oder NPN (postive basisspannung)
lg, anna
hauptstrom
steuerspannung
Ach ja, dann beweis es doch mal xD
Ein BJT ist nun mal eine stromgesteuerte Stromquelle. Das entscheidende ist, dass in Basisstrom eingeprägt wird und nicht das eine definierte Spannung anliegt. Schau dir doch das Kennlinienfeld an. Dort ist immer der Basisstrom aufgetragen. Und auch jedes Ersatzschaltbild für einen BJT hat als Steuergröße I_b.
Anders ist es natürlich bei z.B. einem Feldeffekttransistor. Dieser ist ja bekanntermaßen eine spannungsgesteuerte Stromquelle. Das war hier aber ja nicht die Frage, sondern es ging um einen BJT, weil der Fragesteller von Kollektor, Emitter und Basis geschrieben hat.
Sei mal ehrlich: Du glaubst es einfach, weil man es Dir so erzählt hat. Hier ist kein Platz für die vielen Beweise...lies doch einfach mal ein SERIÖSES Buch (Tietze-Schenk oder Art of Electronics) oder geh auf die Seiten führender US-Unis (Berkeley, Stanford, Harvard,..). Hast Du nie was von der bekannten e-Funktion (Shoclkey) gehört? Die gilt für JEDEN pn-Übergang - nicht nur für die Diode. ICH muss das gar nicht beweisen - das haben vor mehr als 50 Jahren schon andere getan.
Vielleicht habe ich es nicht deutlich gemacht mit
Ach ja, dann beweis es doch mal xD
Das "xD" weist auf eine gewisse Ironie hin. Wie Sie auch hier geschrieben haben
das haben vor mehr als 50 Jahren schon andere getan.
ist mir das durchaus bewusst. Und nein, ich glaube nicht alles was man mir so erzählt.
Unterschied: Theorie - PraxisIch gehe mal davon aus, dass Sie der Teilnehmer in der Diskussion waren. Ich habe mir nicht alle 36 Beiträge durchgelesen, aber ich denke, dass wir uns auf zwei Dinge einigen können:
- Wenn man als Technologe rein physikalisch an die Frage rangeht, dann kann man sagen, dass die zugrundeliegende Wirkung bei einem BJT darin besteht, dass ein elektrisches Feld über dem Basis-Emitter-Übergang die Breite der Verarmungszone verringert. Und dieses, durch eine Spannung hervorgerufene Feld, steuert die Bewegung von Ladungsträgern. [1]
- Als Anwender/Elektronikingenieur in einer schaltungstechnischen Betrachtung hingegen, ist das nützlichste Modell das Stromverstärkungsmodell. Daher weisen auch so gut wie alle Datenblätter von BJTs h_FE aus (auch wenn das natürlich nicht konstant ist). [1]
Es ist wie oft in der Wissenschaft, dass man verschiedene Modelle für das gleiche physikalische Phänomen hat. Beim BJT ist es z.B. das Ebers-Moll-Modell was auf dem Dioden-ESB aufbaut (und daher auch die Shockley-Gleichungen). [2, S.60f.]
Betrachtet man aber dann das reduzierte Ebers-Moll-Modell, hat man eine stromgesteuerte Stromquelle (CCCS). [2, S.62]
Das ist wie die Beschreibung mit Vierpolparametern. Y-Parameter führen zu einer VCCS und H-Parameter zu einer CCCS. [3, S.98ff.]
RichtigstellungenBei einem BJT ist aber nicht eine Steuerspannung entscheidend, sondern ein Steuerstrom.
Da meine Elektronik-Vorlesungen schon ein paar Jahre zurückliegen und ich in der Praxis mit der Schaltungstechnischen Realisierung beschäftigt bin, habe ich das als einzig richtige Antwort gesehen. Rein physikalisch gesehen ist ein BJT aber eine CCCS.
Das entscheidende ist, dass in Basisstrom eingeprägt wird und nicht das eine definierte Spannung anliegt.
Das ist auch nicht ganz korrekt. Aber aus Anwendersicht ist es einfacher durch einen eingeprägten Strom eine lineare Stromänderung hervorzurufen, als durch durch eine angelegte Spannung eine exponentielle Stromänderung zu haben.
Und auch jedes Ersatzschaltbild für einen BJT hat als Steuergröße I_b
Nicht jedes. Y-Parameter z.B. nicht.
Quellen- Logic, Wandering & RedGrittyBrick: Is BJT a Voltage controlled device or Current controlled device?, Electronics Stackexchange, aufgerufen am 27.02.2021
- Tietze, Ulrich, and Christoph Schenk. Halbleiter-Schaltungstechnik. 12.Auflage, Springer-Verlag, 2002.
- Zinke, Otto, and Heinrich Brunswig. Hochfrequenztechnik: Elektronik und Signalverarbeitung. 5.Auflage, Springer-Verlag, 1999.
Transistor ist nicht gleich Transistor. Es gibt verschiedene Arten von Transistoren. Den den du meinst ist ein sogenannter Bipolartransistor. Die werden vor allem in der Computertechnik überhaupt nicht mehr oder kaum verwendet. Viel mehr verwendet man sogenannte Metall Oxid Halbleiter Feldeffekt Transistoren kurz MOSFET.
Das heißt es handelt sich um einen Metall Oxid Halbleiter das gibt uns erstmal nur Auskunft über das Material vor allem ist es ein FELDEFFEKTTRANSISTOR. Dieser hat nochmal ganz besondere Eigenschaften wie z.b. dass hier der Schaltvorgang Leistungsfrei ist und somit durch wenn auch kleine Steuerströme keine zusätzliche Wärmeentwicklung stattfindet. Bei einen einzigen FET fällt es nicht auf aber wenn man sich einen Prozessor anschaut wo einige Millionen verbaut sind, dann macht Kleinvieh deutlich misst. Der Vorteil: Bauelemente können noch kleiner gebaut werden und so die Prozessoren noch Leistungsfähiger werden.
Schauen wir uns aber erstmal den Bipolartransistor genauer an:
Der Bipolartransistor ist ein Halbleiterbauelement, der ähnlich wie eine Diode aufgebaut ist nur anders wie bei einer Diode gibt es hier nicht nur eine N und eine P dotierte Schicht sondern 3 Schichten je nach dem welchen Transistor man hat entweder NPN oder eben PNP. Die Mittlere Schicht ist relativ dünn und hat ein drittes Beinchen spendiert bekommen die wir Basis nennen.
Was sind das jetzt aber für Schichten? Grob gesagt: Wir nehmen mal einen Halbleiter z.b. Silizium oder Germanium. Ein Halbleiter ist ein Stoff der den elektrischen Strom zunächst gar nicht leitet, erst eine Energiezufuhr kann aus dem Halbleiter einen elektrischen Leiter machen z.b. durch Wärme, Einstrahlung oder eben durch das Verunreinigen durch Fremdatome wie wir es bei der sogenannten Dotierung machen.
Wir können nämlich z.b. Silizium mit Phosphor Atomen verunreinigen. Sie besitzen 5 Valenzelektronen und ist in der Lage 1 abzugeben. Falls du im Bereich der Chemie nicht ganz fit bist ist das nicht schlimm. es ist Erwähnenswert, dass es nicht reicht einfach nur zu sagen: "Wenn das Atom genauso viele Protonen wie Elektronen besitzt ist es elektrisch Neutral" so hat man es ja Ursprünglich gelernt, das ist jedoch viel zu kurz gegriffen.
Du hast sicherlich mal etwas vom sogenannten Coulomb Gesetz gehört:
F=Q1*Q2/4*Pi*ε0*r^2
wenn wir uns das r^2 anschauen wird schnell klar, mit steigendem Radius wird die Kraft Quadratisch kleiner.
Das heißt je weiter die Elektronen vom Atomkern Weg sind, desto geringer werden sie vom Kern angezogen. Es entsteht eine sogenannte "Elektronegativität" jedes Atom hat eine ganz spezifische Elektronegativität, welches dem Atom erlaubt entweder andere Elektronen zusätzlich aufzunehmen oder Elektronen abzugeben.
Das Phosphor Atom ist nun in der Lage ein Elektron abzugeben. Tut es das jedoch haben wir mehr Protonen im Kern als Elektronen auf den Außenschalen und das Atom ist positiv elektrisch geladen und wir hätten ein positiv geladenes Ion. noch tut es das nicht. Denn wir brauchen noch eine anders dotierte Schicht.
Wir nehmen eine 2. Schicht die wir mit Boratomen verunreinigen. Dieses hat 3 Valenzelektronen also 3 Elektronen auf der äußersten Schale und kann ein weiteres aufnehmen.
Packt man diese beiden Schichten nun zusammen haben wir 2 Schichten die man mit einer N und einer P dotierten Schicht. Bei der einen haben wir ein Elektronen Mangel bei der anderen einen Überschuss. Die Elektronen des Phosphoratoms wandern jetzt zur Schicht mit den Bohratomen. Natürlich haben wir nun durch diesen sogenannten Diffusionsvorgang Schichten mit sogenannten Elektronen Löchern. Das ist nichts anderes als Orte an denen Elektronen sein sollten aber keine sind. Sie funktionieren dann wie positive Ladungsträger. Es entstehen positiv und negativ geladene Ionen und es entsteht ein elektrisches Feld welches die weitere Vereinigung von Elektronen und Löchern verhindert. Diese Spannung liegt bei je nach verwendeten Material, hier Silizium bei 0,7V.
Durch das anlegen einer Basis/Emitter Spannung können Elektronen in die mittlere dünne Schicht des Transistors nachrücken. Es kommt zu einen Stromfluss zwischen Kollektor und Emitter während ein kleiner Basisstrom über die Basis abfließt.
je größer der Basis/Emitter Strom nun wird, desto größer wird auch der Kollektor Emitter Strom. Der Kollektor/Emitter Strom wird um den Verstärkungsfaktor des Transistors im Bezug auf den Basisstrom verstärkt. (Verstärkungseffekt)
Das ist das Schöne an Transistoren, sie können nicht nur als Schalter arbeiten sondern auch ein Signal verstärken. Sieht der Bassisstrom im Zeitdiagram aus wie eine Ente, dann sieht auch der Kollektor/Emitter Strom auch aus wie eine Ente nur eben um mit einer größeren "Amplitude" also einfach nur im Wert verstärkt die Form bleibt aber gleich.
Heißt ein Rechteckstrom würde genauso aussehen nur eben vom Wert her größer.
Bei einem FET nutzt man den Feldeffekt aus. Also die Eigenschaft, dass Ladungen durch elektrische Felder beeinflusst werden können was durch das Anlegen einer elektrischen Spannung passiert. Die Beinchen des FETs heißen dann anders, sie heißen dann Source, Gate und Drain.
durch das anlegen einer elektrischen Spannung am Gate Eingang wird Leistungsfrei (dazu muss kein Strom fließen) ein Leitungskanal zwischen Source und Drain freigelegt und es kommt zu einem Stromfluss.
Man unterscheidet dabei zwischen einen Verarmungstyp und einen Anreicherungstyp. Je nach Typ wird dann entweder der Kanal beim anlegen einer Spannung für den elektrischen Stromfluss dicht gemacht oder halt eben freigelegt.
Den Basisstrom bzw in dem Fall Gatestrom wie beim Bipolartransistors gibt es nicht mehr.
P=U*I eines der beiden Faktoren, hier der Strom wird in dem Fall 0 und dadurch wird auch die Leistung P also das Produkt 0 deshalb Leistungsfreies Schalten, es wird keine Energie umgesetzt beim schalt Vorgang.
Na ja...einiges stimmt und einiges nicht. Ich mach mal eine neue Frage daraus (für die gesamte Community)..
Dann kannst Du (sag ruhig auch "Du" zu mir) ja die Argumente vorbringen.
Nicht für ungut...
Bei einem BJT ist aber nicht eine Steuerspannung entscheidend, sondern ein Steuerstrom.