TO-220 TO-202 TO-92 TO-18. Transistoren mit verschiedenen Gehäusen

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1 Transistoren TO-220 TO-202 SOT-42 TO-3 TO-18 TO-92 TO-5 Transistoren mit verschiedenen Gehäusen Das Wort Transistor ist ein Kunstwort. Es leitet sich von transfer resistor ab und beschreibt damit einen elektronischen Bauteil, dessen Widerstand (resistance) steuerbar ist. Transistoren besitzen drei Anschlüsse, die mit E (Emitter), B (Basis) und K (Kollektor) bezeichnet werden. 1

2 1947 Erfindung des Transistors (Walter Brattain, William Shockley und John Bardeen von Bell Labs) Transistorradio in den USA 1954 Texas Instruments kommerzialisiert den Transistor 1959 Erfindung des integrierten Schaltkreises (IC) durch Jack Kilby (Texas Inst.) und Robert Noyce (Fairchild Semi.) 1968 Gründung von Intel (Gordon Moore und Robert Noyce) 1971 Ted Hoff erfand den ersten Mikrocomputer Intel 4004 mit 2300 Transistoren Intel er mit Transistoren 1989 Intel 486 mit Transistoren 1997 Intel Pentium2 mit Transistoren 2008 Aktuelle Prozessoren enthalten über 300 Millionen Transistoren auf einem Quadratzentimeter 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 2

3 Point-contact-transistor Shockley s sandwitch transistor 3

4 Altair 8800 Computer Intel processors CPU Year Data Memory MIPS K K K M M G G 41 Pentium G 111 4

5 Prinzip Transistorprinzip Einen Transistor kannst du dir wie einen elektrischen Schalter vorstellen, mit dem verschiedene Abläufe gesteuert und geregelt werden können. Anhand des folgenden Beispiels soll das Prinzip des Transistors einfach erklärt werden (Wassermodell). 5

6 a) "Transistor" - gesperrt In der Animation ist oben rechts ein Wasserbehälter dargestellt, von dem zwei Rohre weggeleitet werden. Ein dünne Leitung B führt links unten über einen Wasserhahn, der zugedreht ist, zu einem Hebel, der rechts mit einem Gelenk beweglich verankert ist. Weiters ist der Hebel mit einer Feder und einem Korken verbunden. Die Feder spannt den Hebel nach oben und drückt den Korken in ein dickes Rohr C, das auch vom Wasserbehälter abgeleitet wird. In unserem Fall kann nun kein Wasser durch das Rohr E abfließen. Verglichen mit dem Transistor bedeutet dies, dass sich dieser im Sperrzustand befindet - kein Strom fließt. b) "Transistor" - leitet Dreht man den Wasserhahn auf, kann Wasser durch das dünne Rohr B fließen. Dieses drückt den beweglich gelagerten Hebel nach unten. Der Korken wird aus dem dicken Rohr C gezogen und nun kann eine große Wassermenge durch dieses Rohr entweichen. Auch über die Leitung E fließt jetzt Wasser ungehindert ab. Für den Transistor bedeutet dieser Vergleich, dass sich dieser in Durchlassrichtung befindet. 6

7 Zusammenfassung: Mit wenig Wasser B wird eine große Wassermenge von C nach E gesteuert. Nach diesem Funktionsprinzip arbeitet auch ein Transistor. Durch einen kleinen Strom an der Basis B wird eine große Strommenge (vom Kollektor C zum Emitter E) geregelt. Transistoren? verwendet zum Schalten und Verstärken besteht aus dotierten Halbleiterschichten Bislang hergestellte Gesamtstückzahl: Bislang kleinster Transistor in Meter: 0,

8 NPN / PNP Aufbau und Bezeichnungen NPN PNP C n p n E C p n p E B B C E C E B C E B C E B Basis E Emitter C Kollektor B Basis E Emitter C Kollektor Funktionsweise des NPN Transistors B IB C (+) E (-) IC Ein kleiner Basisstrom IB steuert einen grossen Kollektorstrom IC Ein Basisstrom IB kann fliessen, wenn die Basis-Emitterspannung UBE > 0.6V ist (bei Silizium) Die Kollektor-Emitterspannung UCE muss positiv und > 1V sein 8

9 Funktionsweise des PNP Tranistors C (-) B IB E (+) IC Der PNP-Transistor funktioniert wie der NPN Transistor. Alle Polaritäten der Ströme und Spannungen sind aber umgekehrt! Wenn zwischen E und K eine Spannung anliegt, fließt kein Strom - auch nicht nach Umkehrung der Polung. Legt man zwischen Emitter und Basis eine kleine Spannung, so dass die Diode EB in Durchlassrichtung liegt, so leitet oder sperrt die Diode EK je nach an ihr angelegter Spannungsrichtung. Transistoren 9

10 Die Stromleitung zwischen E und B bzw. B und K zeigt: Der Transistor entspricht zwei entgegengesetzt aneinandergefügten Dioden. Eine positive Spannung an der Basis erhöht somit die Leitfähigkeit zwischen Emitter und Kollektor, der Transistor wird zwischen Emitter und Kollektor leitend. Fazit: Der Steuerstrom regelt den Stromfluss durch den Transistor. als Verstärker Die Basisspannung erhält man über eine Spannungsteilerschaltung der Basisstrom wird mit einem variablen Widerstand geregelt. Verstärkung von Wechselströmen Insbesondere in der Nachrichtentechnik ist es notwendig, Wechselströme zu verstärken seien es Handy, Kopfhörer, Audioverstärker oder TV-Sender. 10

11 als elektronischer Schalter Der Transistor schaltet den Kollektorstrom ein oder aus je nach Spannung zwischen Emitter und Basis. Seine Vorteile sind geringer Platzbedarf, geringe Verlustleistung und hohe Schaltgeschwindigkeit mit Schaltgeschwindigkeiten bis zu Nanosekunden (vgl. Taktfrequenz von PC s und dafür notwendige Schaltzeiten). 11

12 12

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