Wie funktioniert eigentlich ein Transistor?

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Hallo,

ich würde gerne mal wissen, was ein Transistor macht und wie er arbeitet. Ich habe im Internet einiges gefunden, aber da wurde überall sehr weit ausgeholt und es ging alles sehr weit ins Detail.
Habe ich das so richtig verstanden:

Ein Transistor wird zur Stromverstärkung benutzt. Er besteht aus Kollektor, Basis und Emitter. Bei einem NPN Transistor wird eine Spannung an die Basis angelegt. Wenn diese Spannung den Schwellwert (ca. 0,7V) überschritten hat, kann ein Strom vom Kollektor zum Emitter fließen. Unterhalb der Schwellspannung sperrt der Transitor. Es gibt auch PNP Transistoren, die arbeiten genauso, nur andersrum. Es fließt also ein Strom vom Emitter zum Kollektor.

Sinn des Transistor ist es, den Basisstrom zu verstärken. Es fließt also am Emitter (bei NPN) ein vielfaches an Strom ab, wie an der Basis zugefügt wurde.

Stimmt das so grundsätzlich oder bin ich völlig auf dem Holzweg?

 

AW: Wie funktioniert eigentlich ein Transistor?

Servus,

ein Transistor funktioniert ähnlich wie ein mechanisches Relais, kleiner Steuerstrom kann großen Strom schalten.

Im Fall Transistor gibt es halt keine mechanischen Bauteile.

 

AW: Wie funktioniert eigentlich ein Transistor?

Für solche Fragen ist Wikipedia eigentlich wie geschaffen. Hast du hier schonmal vorbeigesehen? Da bleiben keine Fragen mehr offen...

Am anschaulichsten ist einer der Links am Ende: link

Gruß
emtewe

 

AW: Wie funktioniert eigentlich ein Transistor?

Meine bisherigen infos habe ich von Wikipedia. Finde es da aber nicht sonderlich schön erklärt. Deshalb möchte ich ja wissen, ob meine Beschreibung eines Transistors grundsätzlich richtig ist.

 

Auf der Webseite des letztgenannten Links (klick) wird oben die Funktionsweise der Emitter-Schaltung dargestellt. Mit ihr erreicht man insgesamt die größte Verstärkung, weil man sowohl eine Strom- als auch eine Spannungsverstärkung erreicht. Nachteile: Die obere Grenzfrequenz ist nicht sehr hoch und die thermische Stabilität nur gering.

Mit der Basisschaltung erreicht man nur eine Spannungsverstärkung. Vorteile: Sehr hohe obere Grenzfrequenz und hohe thermische Stabilität aufgrund der durch diese Schaltungstechnik bedingten strommäßigen Gegenkopplung. Und mit der Kollektorschaltung erreicht man nur eine Stromverstärkung. Vorteil: Hohe thermische Stabilität aufgrund der durch diese Schaltungstechnik bedingten spannungsmäßigen Gegenkopplung. Nachteil: Niedrige obere Grenzfrequenz.

Der Grundsatz, dass sich diese drei Schaltungsvarianten durch die jeweils gemeinsam benutzte Elektrode unterscheiden, wie die Wikipedia das behauptet, stimmt aber nur bei der Emitter- und der Basisschaltung. Die grafische Darstellung ganz unten (klick) entspricht der sehr weit verbreiteten Variante, um die Funktionsweise zu verstehen. Diese ist aber in Wirklichkeit wegen ihrer Unvollständigkeit sehr unverständlich.

Ausgehend von dieser Darstellung stelle Dir vor, dass der Transistor zwischen dem äußeren Basisanschluss B (in der Mitte) und der mittleren Halbleiterzone ein Messgerät eingebaut hätte, das den durchfließenden Strom misst. Und dann stelle Dir vor, dass die obere Halbleiterzone ein Widerstand wäre, der in Abhängigkeit vom zuvor genannten Messgerät seinen Widerstand entsprechend ändert.

Also je höher der durch das im Transistor eben genannte eingebaute Messgerät fließende Strom ist, umso geringer ist der Widerstand dieser oberen Halbleiterzone. Auf diese Weise arbeitet der Transistor sowohl als Spannungs- als auch als Stromverstärker. Die untere Halbleiterstrecke stelle Dir dabei als sehr kleinen Widerstand bzw. als Diode (Gleichrichter) in Durchlassrichtung vor, weil sie praktisch keine Bedeutung für den Verstärkungsvorgang hat. Bei einem Feldeffekttransistor müsste man sich übrigens das Messgerät an der Basis B als hochohmiges (extrem hoher Innenwiderstand) Spannungsmessgerät vorstellen.

Bei Hochleistungs-Niederfrequenzverstärkern, wenn also am Ende eine hohe elektrische Leistung am Ausgang für die Lautsprecher zur Verfügung stehen soll, gibt es das große Problem der thermischen Unstabilität, die man mit einem großen zusätzlichen Schaltungsaufwand in den Griff bekommen muss. Die Kollektorschaltung bietet da alternativ mit ihrer hohen thermischen Stabilität eine prima Lösung, um diesen großen Aufwand zu vermeiden.

Mit einem normalen NF-Vorverstärker wird für die Niederfrequenz erst mal eine genügend hohe Spannungsverstärkung erzeugt. Möglicherweise wäre die Basisschaltung wegen ihrer Stabilität auf Temperatureinflüsse geeignet. Aber auch bei Verwendung der Emitterschaltung ist bei niedriger Leistung die schaltungstechnische Realisierung einer thermischen Stabilisierung weniger problematisch. Der Rest der Schaltung arbeitet dann in der Kollektorschaltung, wodurch nur noch eine Stromverstärkung stattfindet.

Heutzutage werden allerdings für NF-Verstärker meist Schaltverstärker verwendet. Da ist dann der Thyristor interessant, den man durch entsprechende Zusammenschaltung zweier normaler Transistoren auch auf diese Weise erzeugen kann. Dieser kann aber im Gegensatz zum Transistor nur wie ein Schalter arbeiten; obwohl ein normaler Transistor auch im reinen Schalterbetrieb arbeiten kann, wenn das Ansteuerungssignal entsprechend (rechteckig) geformt ist.

Interessant ist auch der Feldeffekttransistor, der fast leistungslos angesteuert wird, der also quasi somit eine beinahe unendlich hohe Stromverstärkung hat, wenn man so will. Das sind jetzt übrigens schon etwa 2 Jahrzehnte her, als ich mir dieses Wissen in meiner Freizeit erarbeitete; denn entsprechende Publikationen sind leider nicht immer so verständlich, wie sie sein sollten; und manchmal sogar fehlerhaft.

 

AW: Wie funktioniert eigentlich ein Transistor?

Das ist eher selten der Fall.

 

AW: Wie funktioniert eigentlich ein Transistor?

Wenn du dir das mechanische Modell am Ende dieser Seite ansiehst, dann solltest du die Frage schon selbst beantworten können.

gesperrt

offen

Ich denke einfacher und anschaulicher geht es nicht. Das Verhältnis der Ströme entspricht natürlich nicht der Verstärkung eines echten Transistors, auch scheint mir das auf den Grafiken der Emitter und der Collector vertauscht wurden, entscheidend ist aber das ein kleiner Strom (Fluss) an der Basis einen großen Strom (Fluss) am Emitter fliessen lässt.

Gruß
emtewe

 

Stimmt, Kollektor und Emitter sollte man sich vertauscht vorstellen. Die große Klappe müsste sich auch nicht am Emitter, sondern am Kollektor befinden; andernfalls wäre es völlig falsch. Also einfach nur die beiden Buchstaben C und E vertauschen, dann stimmt die Darstellung.

Wenn man davon ausgeht, dass das Wasser von oben nach unten fließt, wäre das ein npn-Transistor (im Gegensatz zum pnp-Transistor), wenn man von der technischen Stromrichtung ausgeht, dass der elektrische Strom von Plus '+' nach Minus '-' fließt, obwohl er tatsächlich von Minus nach Plus fließt; weil die negativen Elektronen sich eben nun mal tatsächlich vom Minuspol zum Pluspol bewegen.

Sehr schön bei dieser Darstellung ist auch, dass sich die kleinere (messende) Klappe zwischen dem äußeren Anschluss zur Basis und den inneren drei Halbleiterzonen befindet. Praktisch entspricht das zwar nicht dem tatsächlichen Aufbaus eines Transistors; diese Sichtweise ermöglicht es aber, die grundsätzliche Funktionsweise wirklich richtig wiederzugeben und zu verstehen.

 

Nein; wenn man bei der Darstellung nur C gegen E austauscht, stimmt sie. Dann fließt der starke Wasserstrom von oben, vom Kollektor kommend, nach unten zum Emitter und drückt somit nicht oder kaum gegen die kleine Klappe. Der kleine Strom fließt von der Basis kommend durch die kleine Klappe, und fließt dann gemeinsam (und vermischt) mit dem großen Strom weiter nach unten Richtung Emitter.

 

@FilmFan; wenn Du es genau wissen willst, drückt der große Strom nicht nur im Modell etwas gegen die kleine Klappe, sondern auch in der Realität bewirkt der große, vom Kollektor kommende elerktrische Strom in der untersten Halbleiterzone einen kleinen Spannungsabfall, der sich negativ auf die Gesamtverstärkung auswirkt, weil diese Spannung der zwischen Basis und Emitter anliegenden steuernden Basisspannung entgegengerichtet ist.

Dieser Effekt ist aber nicht allzu groß, weil die unterste Halbleiterstrecke nur einen geringen Widerstand (wie der einer in Durchlassrichtung gepolten Diode hat, bzw. diese stellt eine in Durchlassrichtung gepolte Diode dar), und somit nicht viel Spannung über dieser unteren Halbleiterstrecke aufbaut; sonst würde der Transistor nicht als Spannungs-Verstärker funktionieren.

Aber bei der Kollektorschaltung, wo am Emitter der Arbeitswiderstand ist, passiert genau das, wodurch nur noch eine Stromverstärkung möglich ist und die Spannungsverstärkung nicht mehr vorhanden ist bzw. ≤1 bzw. fast 1 ist.

Übrigens wird auch oft am Emitter ein kleiner Widerstand eingebaut (nicht im Transistor selbst, sondern auf der Leiterplatte) den man mit einem Kondensator wechselstrommäßig überbrückt, wie man hier sieht. Auf diese Weise wird der Transistor gegenüber Temperatureinflüssen statisch stabiler; aber für den zu verstärkenden Wechselstrom hat er durch den überbrückenden Kondensator keine verstärkungsmindernde Wirkung. Auch der Widerstand parallel zwischen Basis und Emitter auf diesem Schaltbild dient einer (weiteren) Erhöhung der thermischen Stabilität.