Heute werden Elektronenröhren durch moderne Halbleiterbauelemente ersetzt. Röhrendiode Elektronenröhren

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1 Heute werden Elektronenröhren durch moderne Halbleiterbauelemente ersetzt. Röhrendiode Elektronenröhren Transistoren Halbleiterdiode

2 Der Transistor

3 Der Transistor ist ein aktives auelement, der über einen Steueranschluss verfügt mit dem sein Verhalten in einem Stromkreis beeinflusst werden kann. Er verfügt über 3 Anschlüsse. Der erste bipolare Transistor wurde 1947 von - William. Shockley, - John ardeen und - Walter H. rattain erfunden und entwickelt und in den ell Laboratories (New Jersey) vorgeführt. Nur kurze Zeit später entstanden die ersten elektronischen Geräte auf Transistorbasis Nachbau des ersten Transistors (Museumsstück)

4 Aufbau eines bipolaren Transistors Der Transistor besteht aus drei unterschiedlich dotierten HL-Schichten. Kollektor: mittlere n-dotierung n p n E asis: Emitter: schwache p-dotierung, sehr dünn starke n-dotierung npn-transistor (Technischer Aufbau) Jeweils zwei benachbarte Schichten bilden einen pn-übergang. symbolische Darstellung Schaltzeichen E E

5 Grundprinzip des Transistors (Emitterschaltung) asis offen U eobachtung: Erklärung: Lampe leuchtet nicht, es fließt kein Strom. Die Diode am Kollektor ist in Sperrrichtung geschaltet. zusätzliche Spannung an asis eobachtung: U R Die Lampe leuchtet, es fließt elektrischer Strom Strom. An der asis kann der Stromfluss durch die Glühlampe gesteuert werden. Erklärung:

6 Steuerwirkung am Transistors: I I eim Anschluss der asisspannung ist der pn-übergang zwischen Emitter und asis in Durchlassrichtung. Kurzform: Es fließt ein asisstrom I. Der asisstrom überflutet die pn-grenzschicht zwischen asis und Kollektor mit Elektronen. Der pn-übergang wird leitend und es fließt auch ein Kollektorstrom I. Der fließende asisstrom macht die Grenzschicht zum Kollektor leitfähig, Der so dass asisstrom ein Kollektorstrom I schaltet fließen den Kollektorstrom kann. I. Schalterwirkung Der asisstrom verändert den pn-übergang zwischen Schalterwirkung asis und Kollektor und saugt Ladungsträger (Elektronen) durch die Grenzschicht.

7 Veranschaulichung der Steuerwirkung: (mechanisches Modell) Zwei Wasserkanäle E und E sind über eine gemeinsame Klappe miteinander verbunden. Die Klappe an ist geschlossen. Es fließt kein Wasser von nach E. Es fließt kein Kollektorstrom! Ein kleiner Wasserfluss von nach E öffnet die Klappe und es kann viel Wasser von nach E fließen. Der asisstrom steuert den Kollektorstrom!

8 Zusammenhang von asis- und Kollektorstrom: Kollektorstrom I eobachtung: A asisstrom I U A R Ein kleiner asisstrom I ruft einen großen Kollektorstrom I hervor. Verstärkerwirkung Zusammenhang: I in ma Kollektor- und asisstrom sind zueinander proportional DI konstanter Anstieg DI DI konstant DI I in µa DI DI I I Stromverstärkungsfaktor

9 Anwendung des Transistors (Grundfunktion): Durch die Änderung der asisspannung bzw. asisstromstärke wird die Leitfähigkeit des Transistors beeinflusst. Der Widerstand des Transistors zwischen Emitter und Kollektor wird verändert. R V U R Es entsteht ein regelbarer Spannungsteiler. I V U E Die Änderung des asisstroms I kann durch andere elektronische auelemente (Sensoren) hervorgerufen werden. temperaturabhängiger Widerstand (Heißleiter) lichtempfindlicher Widerstand (Fotowiderstand) erührungssensor

10 weitere Anwendung des Transistors: Grundschaltung: A I Nutzung einer Spannungsquelle: U I A R Steuerstromkreis Arbeitsstromkreis I A R A I Spannungsteiler an der asis: Verstärkerschaltung: R 1 R U A R 2 U E

11 Technischer Aufbau eines NPN-Transistors Aufbau als einzelnes auelement Realisierung in einer Integrierten Schaltung (Planartechnik) zurück