T r a n s i s t o r e n

Daniel Jänicke

Kompaktlabor 2004

Der Transistor

● Transistor allgemein

● Geschichte des Transistors

● Varianten von Transistoren

● Der bipolare Transistor

● Der unipolare Transistor

● Der Thyristor

5 000000 000000 000 000

Transistoren?

● verwendet zum Schalten und Verstärken

● besteht aus dotierten Halbleiterschichten

Bislang hergestellte Gesamtstückzahl:

Bislang kleinster Transistor in Meter:

3000 000 00,

Geschichte der Transistoren

● 1948 patentiert durch Shockley, Bardeen und Brattain

● 50er Jahren Wettlauf zwischen Röhre und Transistor

● Zuerst Germanium-Transistoren in Glasröhrchen

Der erste Transistor

Varianten von Transistoren

● bipolare Varianten➔ Fototransistor➔ Darlington Transistor➔ HBT / HJBT - Heterojunction Bipolartransistor➔ IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistor

● unipolare Varianten➔ JFET - Sperrschicht Feldeffekttransistor➔ MOSFET - Metall-Oxid-Feldeffekttransistor➔ MISFET - Schottky-Feldeffekttransistor➔ HEMT - High Electron Mobility Transistor➔ ISFET - Ionen-Sensitiver Feldeffekttransistor

Bipolartransistor

● besteht aus drei dünnen Halbleiterschichten (npn oder pnp)

● kleiner Strom durch BE bewirkt großen Strom durch CE

● ist stromgesteuert und hat geringe Eingangsimpendanz

● zumeist in Verstärkerschaltungen genutzt

Fototransistor

● ähnlich dem Bipolartransistor, nur Ansteuerung mit Licht

● schaltet Verbraucher, durch Verstärkung des Fotostroms

● Anwendung durch Lichtschtranken und Optokopplern

Darlington-Transistor

● besteht aus 2 kombinierten Bipolartransistoren

● Vorteil: gleicher Platz – höhere Stromverstärkung

● Nachteile: doppelte Basis-Emitter-Spannung

Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)

● 1984 durch Siemens und Harris entwickelt

● kleiner Eingangswiderstand, fast leistungslose Ansteuerung

● besonders gut als Leistungsschalter (bis 3000 A)

unipolare Transistoren (FETs)

● aktive, nichtlineare Halbleiterbauelemente mit 3 Anschlüssen

● FETs sind spannungsgesteuert

● Es gibt Anreicherungs- und Verarmungs-FETs

Sperrschicht Feldeffekttransistor (JFET)

● Gatespannung steuert Strom durch den Kanal

● großer Eingangswiderstand, dadurch leistungsarme Steuerung

● Anwendung in Verstärkern, Analogschalter, Oszillatoren

● Nicht für hochfrequente Anwendungen geeignet

Metall-Oxid-Feldeffekttransistor (MOSFET)

● Gate ist elektrisch isoliert vom Leitungskanal

● Leitfähigkeit wird stromlos gesteuert

● einfache Herstellung, für integrierte Schaltungen

● schlecht für hochfrequente Anwendungen

High Electron Mobility Transistor (HEMT)

● ähnlich dem MOSFET, besteht aus verschiedenen Halbleitern

● oft aus Aluminium-Gallium-Arsenid und Gallium-Arsenid

● Elektronengas zwischen Grenze dient als leitfähiger Kanal

● hohe Elektronenbeweglichkeit

● sehr gut für Hochfrequenzanwendungen nutzbar

Ion-Selective Feldeffekttransistor (ISFET)

● Ionensensitive Schicht, statt metallisches Gate

● Ionenanzahl in Flüssigkeit steuert den Kanal

● roboste Bauweise und sehr präzise

● für medizinischen Bereich entwickelt

● Einsatz auch in Industrie und Laboren

Der Thyristor

● konsequente Erweiterung mit mehreren Schichten (pnpn)

● im Grundzustand in beide Richtungen sperrend

● stellt eine steuerbare Diode da

● zünden durch Strominjektion am Gate (eine Richtung leitend)

● löschen durch Abschalten der Spannung

● Für große Sröme, aber Grenzfrequenz von 200 Hz

● elektr. Motoren, Lichtsteuerung, Hochspannungs-DC-Übertrager

● zum Teil schon wieder durch IGBTs verdrängt