Anwendung der np junction:Der Transistor

Inhalt

• Transistor, Aufbau

• Stromverstärkung im Transistor

• Schema, Zeichen in Schaltungen

Der Transistor (npn Ausführung)

KollektorstromBasisstrom

EmitterBasis

Kollektor

• Ein npn Transistor besteht aus drei Halbleiterschichten: n, p und n leitendem Material.

• Die „Basis“ ist die Schicht in der Mitte, sie ist viel dünner als die beiden angrenzenden Schichten

n leitend p leitend

Stromfluss im npn Transistor

─ +

n leitend

Kollektorstrom

Basisstrom

0

10

100

A

mA

• npn Transistor in Flussrichtung gepolt, das Potential der Basis liegt zwischen den Potentialen von Emitter und Kollektor: Die Elektronen werden über den p-leitenden Bereich zum Kollektor gezogen (Schematische Darstellung)

n leitend p leitend

Stromverstärkung im npn Transistor

─ +

n leitend

Kollektorstrom

Basisstrom

• Anhebung des Potentials der Basis in Richtung des Potentials des Kollektors (durch 2. Mausklick) ändert den Strom durch die Basis und wirkt verstärkt auf den Kollektorstrom, der abnimmt (Schematische Darstellung)

0

10

100

A

mA

Das Potential an der Basis steuert den Sromfluss

• Der Transistor besteht aus drei hintereinander geschalteten, verschieden dotierten Halbleiterschichten, – Emitter, Basis und Kollektor

• Im npn Transistor liegt eine p leitende Schicht mit dem „Basis“ Anschluss zwischen zwei n leitenden Halbleitern– Der Kollektor muss positiv gegenüber dem Emitter

sein

• Das Potential an der Basis steuert den Stromfluss zwischen Emitter und Kollektor

Zeichen in Schaltungen für einen npn Transistor

Kollektor Emitter

Basis

Eratzschaltbild eines npn Transistors

• Zwei gegeneinander geschaltete „np junction“ Dioden

Kollektor Emitter

Basis

Strom vom Kollektor zum Emitter

Strom von der Basis zum Emitter

pnp Transistor

• Im pnp Transistor liegt eine n leitende Schicht mit dem „Basis“ Anschluss zwischen zwei p leitenden Halbleitern– Der Kollektor muss negativ gegenüber dem

Emitter sein

• Auch hier steuert das Potential an der Basis den Stromfluss zwischen Emitter und Kollektor

Zeichen für einen pnp Transistor

Kollektor Emitter

Basis

Eratzschaltbild eines pnp Transistors

• Zwei gegeneinander geschaltete „pn junction“ Dioden

Kollektor Emitter

Basis

Strom vom Emitter zum Kollektor

Strom vom Emitter zur Basis

Versuch

• Transistor– Feste Spannung zwischen Emitter und

Kollektor – Variable Spannung an der Basis– Folge: Variabler, „verstärkter“ Stromfluss vom

Emitter zum Kollektor

Maschinelle Informationsverarbeitung

• Links: Semaphore auf Mont Martre; Paris, Rechts: auf Haut-Barre im Elsaß, Relais der Telegraphenlinie Paris-Straßburg (Übertragungszeit 6 Minuten), fertig gestellt 1798.

Saint-Pierre de Montmartre was destroyed during the French Revolution, and upon its apse was erected a tower for the purpose of the Chappe optical semaphore (illustration).

Informations-Austausch erfordert schnelles

Umschalten von Signalen

http://en.wikipedia.org/wiki/Semaphore_line

Transistoren und Informationsverarbeitung

• Transistoren ermöglichen schnelles Schalten, sie sind deshalb die Grundlage der „elektronischen Informationsverarbeitung“– Manche Prozessoren und Speicherchips enthalten über eine Milliarde

Transistoren

2 mm

Aggregatzustand, Ladungsträger und Leitfähigkeit

Vakuum Gas Flüssig Fest

Elektronen Ionen Elektronen

IsolatorGut

steuer-bar, z. B. in „Röh-

ren“

Normal-druck Elektro-

lytische Leitung

Halb-leiter

MetallSpon-taner

Durch-bruch z. B. Blitz

In Grenzen:

Nach Ak-tivierung:

Ohmsche Leitung, U=R.I

Zusammenfassung zum Transistor• Das Potential an der Basis steuert den

Stromfluss zwischen Emitter und Kollektor• Ein kleiner Strom vom Emitter zur Basis steuert

den hohen Strom zwischen Emitter und Kollektor

• Zentrales Bauteil der Halbleiterelektronik, das bis auf nahezu atomare Dimension verkleinert werden kann– Thema der Nano-Technologie

• Transistoren ermöglichen schnelles Schalten, sie sind deshalb die Grundlage der „maschinellen Informationsverarbeitung“

n leitend p leitend

finis

─ +

n leitend

Kollektorstrom

Basisstrom

• Anhebung des Potentials der Basis in Richtung des Potentials des Kollektors (durch 2. Mausklick) ändert den Strom durch die Basis und wirkt verstärkt auf den Kollektorstrom, der abnimmt (Schematische Darstellung)

0

1

0

100

A

mA