Könnt ihr mir erklären wir ein Transistor funktioniert?
Hallo
Wir schreiben morgen eine Arbeit über Transistor
Wie ich den vorwiderstand für zb UCE berechne weiß ich schon
Aber könnt ihr mir erklären wie das alles funktioniert?
So die hauptgruppen beispiele Funktions weiße wie man alles daran so berechnet verstärker und schaltungs arten und so
Ich wäre unglaublich dankbar für eine verständliche Erklärung
3 Antworten
.... ein Transistor, eines der essentiellen Bauteilen in der Elektronik.
Der Transistor besteht typischerweise aus drei Schichten von Halbleitermaterial, die als Emitter, Basis und Kollektor bezeichnet werden.
Die grundlegende Funktion eines Transistors basiert auf der Steuerung des Stromflusses zwischen Emitter und Kollektor durch eine Änderung der Spannung oder des Stroms an der Basis. Wenn eine kleine Spannung oder ein kleiner Strom an der Basis angelegt wird, ermöglicht dies den größeren Stromfluss zwischen Emitter und Kollektor, was den Transistor effektiv als Schalter oder Verstärker wirken lässt.
In der Verstärkerfunktion kann ein schwaches Eingangssignal an der Basis dazu führen, dass ein viel stärkeres Signal zwischen Emitter und Kollektor fließt. Als Schalter kann der Transistor den Stromfluss zwischen Emitter und Kollektor ein- und ausschalten, abhängig davon, ob an der Basis ein Signal angelegt ist oder nicht.
Es gibt 2 Typen von Transistoren NPN und PNP.
Der Hauptunterschied zwischen PNP- und NPN-Transistoren liegt in der Art des Ladungsträgerstroms, der durch den Transistor fließt, und in der Polarität der Spannungen, die zum Betrieb erforderlich sind.
Ladungsträger: In NPN-Transistoren bewegen sich Elektronen als Hauptladungsträger vom Emitter zum Kollektor. Bei PNP-Transistoren sind es hingegen Löcher (positive Ladungsträger), die vom Emitter zum Kollektor fließen.
Polarität: NPN-Transistoren benötigen eine positive Spannung am Kollektor und eine niedrigere oder negative am Emitter, um zu arbeiten. Der Basisstrom muss von der Basis zum Emitter fließen. Im Gegensatz dazu müssen PNP-Transistoren mit einer negativen Spannung am Kollektor und einer höheren (weniger negativen) Spannung am Emitter betrieben werden. Der Basisstrom fließt beim PNP vom Emitter zur Basis.
Signal: Beim NPN-Transistor führt das Anlegen eines positiven Basisstroms dazu, dass der Transistor leitet und der Strom vom Kollektor zum Emitter fließt. Bei einem PNP-Transistor hingegen führt das Anlegen eines negativen Basisstroms dazu, dass der Transistor leitet und der Strom vom Emitter zum Kollektor fließt.
NPN-Transistoren sind in der Regel in Schaltungen bevorzugt, die mit einer positiven Betriebsspannung arbeiten, da sie Elektronen als Ladungsträger verwenden, die effizienter als Löcher in Halbleitermaterialien sind. PNP-Transistoren werden hingegen in bestimmten Anwendungen eingesetzt, in denen eine negative Betriebsspannung erforderlich ist oder wo eine bestimmte Schaltungskonfiguration dies erfordert.
In der Mikroelektronik sind oft Milliarden Transistoren im parallelen Einsatz (CPU, GPU)
Da gibt es auch verschiedene Typen.
mfe
... beachten Sie auch die weiteren Kommentare, hier ein kleiner Überblick:
Feldeffekttransistoren (FETs) sind eine Art von Transistoren, die elektrische Signale durch die Ausnutzung eines elektrischen Feldes steuern. Im Gegensatz zu Bipolartransistoren, die Strom zur Steuerung nutzen, verwenden FETs eine Spannung, um den Stromfluss durch ein Halbleitermaterial zu kontrollieren. Dies ermöglicht eine sehr effiziente Steuerung des Stromflusses, da nahezu kein Eingangsstrom benötigt wird, um den Transistor zu betreiben.
Ein spezieller Typ von FET ist der Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), der eine der am häufigsten verwendeten Arten von Transistoren in elektronischen Geräten ist. MOSFETs haben eine Gate-Elektrode, die durch eine sehr dünne Oxidschicht vom Hauptkanal, in dem der Strom fließt, isoliert ist. Wenn eine Spannung am Gate angelegt wird, bildet sich ein leitfähiger Kanal zwischen zwei weiteren Elektroden, dem Source und dem Drain. Die Stärke des elektrischen Feldes, das durch die Gate-Spannung erzeugt wird, steuert die Leitfähigkeit dieses Kanals und damit den Stromfluss zwischen Source und Drain.
MOSFETs werden aufgrund ihrer hohen Effizienz, ihrer Fähigkeit, schnell zu schalten, und ihrer geringen Größe in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von Computern und Mobiltelefonen bis hin zu Leistungselektronik und digitalen Schaltkreisen.
leider bin ich schon länger aus der Elektronik weg und nicht mehr up2date.
Folgende Bücher könnten nützlich sein:
"Halbleiter-Schaltungstechnik" von Ulrich Tietze und Christoph Schenk, und
"Mikroelektronik: Halbleiterbauelemente und deren Anwendung in elektronischen Schaltungen" von Rainer Ose, dieser hat etliche Bücher dazu geschrieben, auch für Ingenieure.
Physikalisch kann man das recht einfach erklären.
Wenn man p und n Kristall zusammen stoßen lässt, wird der Elektronenüberschuss der n-Seite von der p-Seite angezogen. Das passiert so lange, bis das elektrische Ungleichgewicht der Atome eine so große Spannung aufgebaut hat, dass nichts mehr fließen kann.
In der Mitte, also an der Stoßstelle entsteht dann eine Sperrschicht. Die Sperrt weil die frei von beweglichen Ladungsträgern ist.
So entsteht eine Diode. Legt man Spannung "verkehrt herum" an, so hilft man die Sperrschicht zu vergrößern. Außer einem kleinen Strom der die freien Ladungsträger weiter treibt um die Sperrschicht zu vergrößern passiert dann nichts mehr, die Diode ist gesperrt.
Anders herum wirkt man der Sperrschicht entgegen, die wird abgebaut und es kann dann beliebig lange Strom fließen. Die Diode ist "offen".
Beim Bipolartransistor setzt man jetzt zwei dieser Dioden zusammen. Nimmt man zwei Dioden und lötet die zusammen, ist immer eine gesperrt, egal was man macht. Das hat mit einem Transistor dann nicht wirklich was zu tun, auch wenn man beim durchmessen eines Transistors und der Diodenkonstruktion per Multimeter das selbe sieht.
Im Transistor ist die Schicht in der Mitte nämlich sehr dünn! Die Sperrschicht breitet sich so durch die ganze Basis aus. Die C-B Strecke ist eine gesperrte Diode, verhindert einen Kollektorstrom. Die B-E Strecke ist eine Diode im Durchlassrichtung. Also kann man hier einen Basisstrom (nach E) einspeisen.
Der Trick ist, dass der Basisstrom die B-E Diode öffnet und deren Sperrschicht abbaut. Aber da die Basis so dünn ist, baut das nicht nur die Sperrschicht zwischen B-E ab sondern anteilig wird die C-B Strecke mit abgebaut. Damit leitet die C-B Strecke obwohl dessen Diode eigentlich sperren müsste. Also kann dann ein Strom zwischen C und E fließen.
Und je nach Bauart des Transistors ist das dann ein großes vielfaches des B-E Stromes. So steuert man mit dem B-E Strom einen größeren C-E Strom.
Du hast so schön und richtig gesagt, dass die Sperrschicht durch die Größe und die Polarität der dort existierenden SPANNUNG beeinflusst wird. Leider behauptest Du später, dass "der Basisstrom die B-E Diode öffnet und deren Sperrschicht abbaut". Oder noch später: "So steuert man mit dem B-E Strom einen größeren C-E Strom."
Das stimmt nun leider nicht. Alle Messungen und theoretischen Analysen (und auch die Schaltungs-Tipps) zeigen, dass der Transistor eindeutig durch die Basis-Emitter-Spannung gesteuert wird.
Aber ich weiß, dass das Transistorprinzip leider in einigen Büchern und in den meisten Internet-Beiträgen nicht richtig dargestellt wird.
Fazit: Ein kleiner Basisstrom kann niemals einen bis zu 500-mal größeren Kollektorstrom steuern. Das ist physikalisch unmöglich (schon aus Energie-Aspekten heraus).
Aber: Bei manchen Rechnungen kann man so tun ...als ob....(aber eben nur bei Rechnungen).
Da wiedersprichst Du Dir jetzt selber!
Du sagst einerseits, dass der BAsisstrom die B-E Diode nicht öffnet, aber andererseits, dass der Basisstrom steuert. Wenn Deiner Aussage nach kein Basisstrom fließen kann, wie kann der dann steuern?
Basisstrom fließt von B nach E. Das ist FAKT! Und der steuert, das ist auch FAKT. Und wenn der Deiner Menung nach den PN Übergang zwischen Basis und Emitter nicht überwinden kann, wie kann der denn dann fließen?
Und wie kommst Du jetzt auf die 500 als Stromverstärkungsfaktor die cih angeblich behauptet habe? In meiner Antwort ist keine Einzige Zahl drin, nicht mal eine einzige Ziffer!
Ich habe geschrieben "ein Vielfaches". Und 1,00000001 ist auch ein Vielfaches. Jede Verstärkung ist "ein Vielfaches". Wie groß die ist habe ich nie gesagt. Oder willst Du behaupten, dass ein Transistor keine Verstärkung leistet?
Mein Kommentar zu Deinen falschen Aussagen ist (versehentlich) als neue Antwort erschienen. Sorry.
Du hängst Dich an Sachen auf die ich nie geschrieben habe.
Leider behauptest Du später, dass "der Basisstrom die B-E Diode öffnet und deren Sperrschicht abbaut".
Was ist daran falsch? Du behauptest also dass das so nicht ist und damit kein Basisstrom fließen kann. Damit Strom Fließt muss die Diodenstrecke öffnen.
Oder noch später: "So steuert man mit dem B-E Strom einen größeren C-E Strom." Das stimmt nun leider nicht.
Also ist Deine Behauptung, dass es nicht stimmt, dass der Basisstrom den Kollektorstrom steuert.
Du kannst natürlich behaupten (in Wirklichkeit ist es ein Glaube, denn Du hast keinen Beweis, oder?), dass die Stromsteuerung ein "Fakt" sei. Ich kann Dir aber das Gegenteil beweisen
Dann erklär mal wofür ein Transistor überhaupt da ist wenn man damit keine Ströme steuern kann. Und was hat das dann mit der Gleichstromverstärkung auf sich wenn es die nach Deiner Aussage nicht gibt.
Also - das ist nun wirklich sehr ärgerlich und unredlich!
Das bist Du wirklich!
Bloß solltest Du im Hinblick auf Leser, die was lernen wollen, keine sachlich-falschen Behauptungen aufstellen!
Da sprichst Du mir aus der Seele, das solltest Du wirklich nicht!
Liebes Mitglied Commodore - nur eine kurze Reaktion meinerseits:
- Leider nimmst Du überhaupt nicht Stellung (im Sinne von "tut mir leid" o.ä.) zu Deiner ins totale Gegenteil verkehrten Interpretation meiner Aussagen.
- Alles andere von Dir ist praktisch eine Wiederholung Deiner sachlich-technisch falschen Beschreibung der Steuerung des Koll.-Stromes.
- Kleiner Vorschlag: Frag Dich doch mal selber, wieso Du glaubst, das der Basisstrom eine Steuerwirkung hat. Wenn Du ehrlich bist, findest Du keinen Beweis. Für Spannungs-Steuerung gibt es dagegen zahllose Nachweise.
Ich lasse mich nicht von meinen "Glauben" (genauer Gesagt Wissen) abbringen, dass Bipolare Transistoren dazu gemacht sind durch ströme gesteuert zu werden zu werden. Mir ist bewusst, dass es auch andere Transistoren gibt die rein per Spannung gesteuert werden, also FET Transistoren. Davon ist in meinem Beitrag aber nicht die Rede, es geht um bipolare Transistoren.
OK, ich habe Dich verstanden. Du verdrehst Aussagen und Tatsachen nur um zu trollen. Denn dass FET Transistoren die nicht Stromgesteuert werden haben keine Basis und wenn ich von Basis spreche sind also Bipolartransistroren gemeint - und die werden Stromgesteuert.
Von Wikipedia
Der Verstärkungsbereich (engl. forward-active region) tritt im sogenannten Normalbetrieb auf. Hierbei wird die Emitterdiode in Flussrichtung und die Kollektordiode in Sperrrichtung betrieben. Im Verstärkungsbereich gilt näherungsweise die Formel I C = β ⋅ I B , wobei β der Stromverstärkungsfaktor ist. Da β relativ groß ist, führen hier kleine Änderungen des Basisstroms I B zu großen Änderungen des Kollektorstroms I C .
So was steht auch in jedem Lehrbuch. STROM, nicht Spannung!
Es tut mir wirklich aufrichtig leid, dass ich auf Dich Troll hereingefallen bin.
Ja - glaub Du nur Wikipedia und anderen Internet-Aussagen. Mir ist durchaus bewusst, dass in einfacheren Lehrbüchern (und ganz besonders im Netz) falsche Darstellungen stehen (hab ich ja hier schon erwähnt). Deshalb heißt es dann: Spreu vom Weizen zu trennen - das setzt aber die Fähigkeit zur Einsicht und zum kritischen Denken voraus.
Aber die Gleichung Ic=B*Ib ist ja auch so verlockend einfach. Bloß sagt eine mathematisch korrekte Beziehung noch lange nix aus über Ursache und Wirkung.
Das ist der Unterschied zwischen Korrelation und Wirkungsbeziehung.
Schau doch mal in einem seriösen Buch - wie z.B Tietze.Schenk - nach.
Aber schon interessant, dass Du nicht nach Nachweisen zu meiner Aussage fragst. Ich könnte Dir Zitate von international anerkannten Designern nennen....aber andere Informationen interessieren Dich ja nicht.
Stattdessen behauptet Du schlicht, über das "Wissen" zu verfügen. Aha!
Man sollte schon offen sein für Meinungen, von denen man bisher nie gehört/gelesen hat, um so seine evtl. doch noch nicht so ganz ausgereiften Vorstellungen überprüfen zu können.
Stattdessen wirst Du persönlich und beleidigend! Auch eine Methode, sich um Erklärungen zu drücken.
Schon das alleine sagt eigentlich schon sehr viel aus über Dich ....So kann sich jeder Leser ein Bild von Deiner Fähigkeit zur sachlichen Diskussion machen.
Viel Spaß dann noch beim Vermehren neuer Einsichten.
Vorbemerkung
:Ich sehe gerade, dass das Folgende als neue Antwort erschien. Eigentlich war das gedacht als Kommentar zu Commodore64s Kommentar zu dem von mir verfassten ersten Kommentar (zu seinem Beitrag).
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Also - das ist nun wirklich sehr ärgerlich und unredlich!
Hinsichtlich Deines ersten Satzes: Kannst Du nicht lesen, oder willst Du mich absichtlich falsch zitieren? Bitte: Wo sage ich - wie Du behauptest - dass "der Basisstrom steuert" ?
Das ist von Dir frei erfunden - und sowas ist sehr ärgerlich, denn ich sage genau das Gegenteil. Davon kann sich ja jeder überzeugen beim Lesen meiner Antwort oben.
Genauso Deine Aussage, ich hätte geschrieben "dass kein Basistrom fließen kann".
Wo steht das? Frei erfunden! Bitte erspare Dir solche polemisch-falschen Behauptungen zukünftig.
Zum eigentlichen Thema (Steuerung des Transistors): Du kannst natürlich behaupten (in Wirklichkeit ist es ein Glaube, denn Du hast keinen Beweis, oder?), dass die Stromsteuerung ein "Fakt" sei. Ich kann Dir aber das Gegenteil beweisen - aber Du fragst ja noch nicht einmal danach. Meinetwegen darfst Du glauben (glauben!), was Du willst.
Bloß solltest Du im Hinblick auf Leser, die was lernen wollen, keine sachlich-falschen Behauptungen aufstellen!
sehr sehr freundlich und auch noch gut lesbar
kurze frage
kannst du noch feld effekt transistoren erleutern gänge das? MOSFET zb?