Wie funktioniert ein Transistor genau?
Hallo
wie funktioniert das Teil?
Ich Kenne 3 Beinchen Basis,Ermitter,Collector
Was hat es mit einem Wiederstand vor der Basis zu tun? Hat die Basis Einfluss auf das Durchschalten des Transistors? Wie berechnet man den Wiederstand
3 Antworten
Rudolf - ganz kurz:
1) Kennst Du die Kennlinie einer Diode? Hier wird die Breite der sog. "Sperrzone" am pn-Übergang durch eine angelegte Spannung in Flussrichtung verkleinert (Kraftwirkung des E-Feldes) und erlaubt so einen zunehmend größer werdenden Stromfluss (e-Funktion zwischen Spannung und Strom).
2) Genau das gleiche läuft ab an der pn-Schicht zwischen Basis und Emitter - mit einem wesentlichen Unterschied:
Die Sperrschicht wird genauso beeinflusst wie bei der Diode, nur fließt der Strom zum allergrößten Teil eben nicht zwischen Basis und Emitter, sondern die Elektronen werden primär zum Kollektor abgesaugt (dort gesammelt: Deshalb "Kollektor"), weil die Koll. Spannung deutlich größer ist als die Basisspannung (Uc>Ub, also Ucb>0, also C-B-Diode in Sperr-Richtung).
Das ist das ganze Geheimnis der Steuerung von Ic durch Ube, wobei der kleine Basisstrom Ib=Ic/B ein Nebenprodukt ist , dass zwar nicht gewünscht, aber eben unvermeidbar ist.
Der Faktor B wird leider missverständlich als "Stromverstärkung" bezeichnet - das hat nur historische Gründe, wie einer der größten Entwickler der Transistorelektronik (Barrie Gilbert) nachgewiesen hat. Und dieser Begriff hat viele Missverständnisse ausgelöst, denn wer sich nicht mit der Physik beschäftigt hat, denkt einfach: Aha - B ist die Stromverstärkung, also wird der Eingangsstrom verstärkt....(man glaubt es einfach).
Der Stromfluss Ic zwischen Collektor und Emitter hängt vom Basisstrom als Parameter ab: Hier siehst du die Kennline Ic(Uce) mit Ib als Parameter.
https://pdf.direnc.net/upload/bc237-bc238-bc239-datasheet.pdf
Wie es halbleitertechnisch funktioniert ist sehr komplex und für die Anwendungen zu 99% unerheblich.
Je mehr Strom in die Basis (IB) fließt, umso mehr Strom fließt durch Kollektor und Emitter (CE). Aber das ist nicht linear (ICE = x * IB ) sondern folgt diesen Linien. Nur bei höherer Spannung UCE ist eseingiermassen eine gerade Linie.
Zitat: "Wie es halbleitertechnisch funktioniert ist sehr komplex und für die Anwendungen zu 99% unerheblich."
Das ist aber eine sehr "kühne" Aussage. Man muss also nichts verstehen - es reicht aus, "blind" irgendwelche Formeln anzuwenden?
Was antwortest Du z.B. auf die Frage, wie ein simpler Stromspiegel aus 2 Transistoren funktioniert? Ha - da hilft Dir Ib überhaupt nicht! Brauchst Du mehr Beispiele?
Nicht böse sein, aber um einen Stromspiegel zu verstehen, muss ich keine Bandstrukturrechnungen im Silizium durchführen. Du übertreibst maßlos...weiß auch nicht, warum du hier agressiv wirst.
Bleib doch einfach sachlich - wer hat denn "Bandstrukturen" erwähnt? Wenn Du den Stromspiegel verstehst, dann weißt Du, dass er ganz einfach auf Vbe1=Vbe2 basiert, oder?
Worin besteht meine "Übertreibung" und wann bin ich "aggressiv"?
Komisch - DU bist es doch, der plötzlich persönlich wird. Ich hab ausschließlich technische Gesichtspunkte angeführt und habe versucht, auf den grundsätzlichen Unterschied zwischen einem "Modell" (welches einigen wenigen Zwecken dienen kann) und der physikalischen Wirklichkeit hinzuweisen.
Bleib doch einfach sachlich - wer hat denn "Bandstrukturen" erwähnt?
Ich habe oben geschrieben: Wie es halbleitertechnisch funktioniert ist sehr komplex und für die Anwendungen zu 99% unerheblich. Und nun sagst du, dass ich Bandstrukturen erwähne. Was ist dann Halbleiterphysik für dich? Für mich heißt das die Quantenmechanik des Festkörpers. Ich kenne kaum einen Elektroniker, der das (außer in ganz groben Zügen) beherrscht.
Wenn Du den Stromspiegel verstehst, dann weißt Du, dass er ganz einfach auf Vbe1=Vbe2 basiert, oder?
Ja, es sage ja nicht, dass beispielsweise das Ebers Moll Modell falsch wäre. Ich habe oben lediglich deine Aussage
wobei der kleine Basisstrom Ib=Ic/B ein Nebenprodukt ist , dass zwar nicht gewünscht, aber eben unvermeidbar ist.
gemeint. Der Transistor hat Kennlinien und wenn ich zwei Größen vorgebe, dann stellt sich die dritte automatisch ein. Da ist es sinnlos von Ursache und Wirkung zu reden.
Wenn ich beispielsweise Uce und Ube vorgebe, dann stellt sich ein bestimmter Ib ein und ein bestimmtes Ic. Der Zusammenhang zwischen dem vorgegebenen Ube und dem Ic ist aber exponentiell und nicht linear.
Präge ich hingegen statt Ube einen Basisstrom Ib ein, dann stellt sich Ube automatisch gemäß der Kennlinien ein und auch das Ic. In diesem Fall ist aber der Zusammenhang zwischen Ic und Ib i.A. recht linear. Das weißt du auch selbst, du suggerierst aber, dass dies völlig unerheblich wäre.
Warum sollte ich also nicht sagen, dass sich der Transistor gut durch eine stromgesteuerte Stromquelle beschreiben lässt. Natürlich kann man auch die Transkonduktanz betrachten, aber das finde ich nicht so praktisch, wenn es z.B. darum geht einen ungefähren Arbeitspunkt vorzugeben oder den Basisvorwiderstand für einen Transitor als Schalter zu dimensionieren.
Wenn ich weiß, dass ich für das Durchschalten als Schalter einen bestimmten Basisstrom benötige, damit der Transistor sicher in Sättigung geht, dann kann ich das relativ leicht berechnen, indem ich einfach sage, dass ich für Ube ungefähr 0,7V annahme und den Strom durch den Basisvorwiderstand bestimmt. Es ist dann am Ende egal, ob ich 0,7 oder 0.65V angenommen habe.
Umgekehrt wird es aber schwer, eine genaue Spannung vorzugeben, bei welcher der Transistor in Sättigung geht. Das kann je nach Exemplarstreuung um bis zu 50mV abweichen. Wer bestimmt einen Arbeitspunkt durch genaue Festlegung von Ube auf mV genau?
Beim Stromspiegel ist es wieder was anderes, und ich hab nicht gesagt, dass man das Ebers-Moll Modell kübeln sollte.
Worin besteht meine "Übertreibung" und wann bin ich "aggressiv"?
Du wirst insofern agsressiv dass du andere runter machst, so tust, als hättest du alleine die Weisheit gepachtet und gleich angepisst bist, bevor du überhaupt verstanden hast, was der andere sagen will.
Ich hab ausschließlich technische Gesichtspunkte angeführt und habe versucht, auf den grundsätzlichen Unterschied zwischen einem "Modell" (welches einigen wenigen Zwecken dienen kann) und der physikalischen Wirklichkeit hinzuweisen.
Du machst mich oben runter, wenn ich versuche darzustellen, dass die "physikalische Wirklichkeit" in der Bandstruktur und der Festkörperphysik liegt, hier trittst du den Begriff der physikalischen Wirklichkeit selbst aber wiederum breit. Was nun? Was verstehst du darunter ? Was ist für dich ein gutes Transistor Modell? Ich habe selbst in Festkörperphysik promoviert und weiß wie komplex es wird, wenn man Halbleiter auf hohem physikalischen Niveau beschreiben möchte. Nur gleichzeitig gibt es kaum einen Praktiker, der dieses akademische Wissen jemals benötigt, wenn er einen Verstärker dimensionieren soll, außer man arbeitet als Chip-Designer - und oft nicht mal dann.
Ja - was soll ich dazu sagen? So viele Ungenauigkeiten und Fehler...
"Wie es halbleitertechnisch funktioniert ist sehr komplex und für die Anwendungen zu 99% unerheblich"
Also die physikalische (Du sagst "halbleitertechnisch") Funktionsweise ist zu 99% unerheblich? Hast Du mal Schaltungen in ihrer Funktionsweise erklärt oder gar entwickelt ? Dann könntest Du nicht zu so einer Aussage kommen. Ich habe in meiner langjährigen Lehrtätigkeit diese Erklärung als nicht "sehr komplex" empfunden, wenn man sich auf das wesentliche Prinzip beschränkt (siehe meine Antwort an Rudolf).
Der Transistor hat Kennlinien und wenn ich zwei Größen vorgebe, dann stellt sich die dritte automatisch ein. Da ist es sinnlos von Ursache und Wirkung zu reden.
Das kanst Du nun aber nicht ernst meinen - beim Transistor gibt es also keinen Zusammenhang von Ursache und Wirkung?
Warum sollte ich also nicht sagen, dass sich der Transistor gut durch eine stromgesteuerte Stromquelle beschreiben lässt
Bitte unterstelle mir keine Aussagen, die ich nicht gemacht habe. Die Frage war nämlich "wie funktioniert der Transistor genau ?" Und deshalb hab ich auf den wichtigen Unterschied zwischen einer rein mathematischen Modellbeschreibung (die nur unter ganz bestimmten Voraussetzungen gilt und physikalisch falsch ist) und der physikalischen Realität hingewiesen.
Natürlich kann man auch die Transkonduktanz betrachten, aber das finde ich nicht so praktisch
Aha - nicht so praktisch. Schau Dir doch bitte mal die Formel für die Spannungsverstärkung einer Transistorstufe an. Da steht die Steilheit als Haupt-Transistor-Parameter drin! Jeder, der schon mal eine Verstärkerstufe entworfen hat, gibt sich zunächst die nötige Steilheit (und damit den Koll.-Strom) vor.
Wenn ich weiß, dass ich für das Durchschalten als Schalter einen bestimmten Basisstrom benötige, damit der Transistor sicher in Sättigung geht, dann kann ich das relativ leicht berechnen
Falsch! Schau Dir noch mal die Definition für Sättigung an und realisiere, dass der relativ große Basisstrom dabei eine FOLGE des Sättigungszustands ist und nicht dessen Ursache - dieses ist nämlich die Öffnung der Basis-Koll.-Diode als Folge des ausreichend großen Spannungsabfalls am Koll.-Widerstand Uc<Ub).
Ohne Dir nahetreten zu wollen, liegt der Unterschied zwischen uns wohl in der Auffassung des Begriffs "physikalische Realität". Du scheinst eher Theoretiker zu sein und hast dabei sämtliche Nebeneffekte im Sinn, welche die Komplexität sicher erhöhen. Ich dagegen habe lange in Praxis und Lehre gearbeitet und weiß, auf welche Effekte/Erklärungen es beim Verständnis primär ankommt.
Da brauche ich weder Festkörperphysik noch Bändermodelle. Wer einmal bei der Diode die Eigenschaften des pn-Übergangs im Prinzip verstanden hat, der kann auch den Transistor leicht verstehen.
Und das war schließlich hier die Frage von Rudolf423, die ich - zwar vereinfacht - aber doch hoffentlich verständlich in Kurzform als Antwort an Rudolf423 formuliert habe.
(PS: Eine Fortsetzung dieses Dialogs erscheint mir nicht sinnvoll)
Ich werde von dir in Zukunft nichts mehr lesen und habe es auch hier nicht getan. Da du offenbar nur auf Provokation aus bist, wäre das Zeitverschwendung. Frohe Weihnachten, ...
Es ist wirklich überraschend, wie empfindlich und unsachlich manche Leute reagieren, wenn Ihnen widersprochen wird. Und vieles von dem was Du schriebst, ist nachweislich falsch! Wenn etwas falsch und unsinnig ist, dann sage/schreibe ich das offen. Und das ist dann Provokation? Bereits meine erste Antwort an Dich mit den unsinnigen 99% (oben nachzulesen) hast Du als "aggressiv" beurteilt. Na ja, jeder kann sich ja ein eigenes Bild machen.....
Dich scheint ja noch nicht einmal zu interessieren, wo Deine Fehler liegen. Sonst hättest Du ja versucht, logisch und sachlich auf meine Aussagen (und auf meine Fragen !) einzugehen.
Bravo!!! Das hast Du bestimmt gut gemeint!
Schon einmal etwas davon gehört, daß man seine Antwort auf das Niveau des Fragers anpassen sollte?
?? Was ist hier kompliziert ?? Das ist das, was man als erstes lernt, wenn man mit Transistoren zu tun hat. Ich wüsste nicht, wo man da nachlassen könnte ohne gleich nichts zu sagen. Dass jemand weiß, was Strom und Spannung ist, darf man bei der Frage wohl vorraussetzen. Ich bin ja nicht auf die Halbleiterphysik eingegangen...
Dass jemand weiß, was Strom und Spannung ist, darf man bei der Frage wohl vorraussetzen.
LOL
Zwischen Kollektor und Emitter ist ein großer Widerstand. Wenn man an der Basis eine Spannung anlegt, wird dieser Widerstand kleiner.
Die Basis funktioniert also wie ein Wasserhahn, mit dem man den Wasserfluß (Strom K-E) regeln kann.
Wie lese ich dieses Diagramm? Was Wo ist UCE