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Thema: Transistor

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Transistor

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    Liebes Forum,

    ich beschäftlige mich gerade intenssiv mit dem Transistor, wegen eines Referrates, und ich habe eine Frage auf die ich keine Antwort finde:

    Ein Transistor hat ja drei Schichten Collector, Basis und Emitter. Nun mein ist Problem der Strom kann ja nur vom Collector zum Emitter fließen, obwohl
    beide Schichten doch gleich Dotiert sind. Aber warum gehts nicht auch anderst herum?

    Danke
    MfG Martinius

  2. #2
    Moderator Robotik Einstein Avatar von Kampi
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    Das mit den drei Schichten stimmt nicht.
    Collector, Emitter und Basis sind nur die Anschlüsse. Ein Transistor besteht nur aus zwei verschiedenen Schichten. Wenn es ein NPN ist aus einer N einer P und einer N Schicht. Beim PNP eben andersrum.
    Die N-Schicht ist negativ geladen aber nach außen hin neutral (das ist ganz wichtig das man das beachtet!!!) die P-Schicht ist positiv geladen.
    Die Ladungen kommen zustande indem man bei einer N-Ladung zuviele Elektronen im Material hat und beim P-Material sind sogenannte Löcher vorhanden (Stellen wo eigentlich ein Elektron wäre, aber keins ist wodurch eine + Ladung entsteht).
    Ein einfaches Bild was den Transistor ganz gut erklärt siehste hier:

    http://de.wikipedia.org/w/index.php?...20090704170447

    (Würde praktisch nicht funktionieren aber um zu verstehen wie der aufgebaut ist reicht es)

    Wichtig ein Transistor wird in Richtung Basis -> Emitter immer in durchlassrichtung und in Richtung Collector -> Emitter immer in Sperrrichtung geschaltet.
    Wenn nun zwischen Basis und Emitter eine Spannung von mehr als 0,7V anliegt (als Beispiel) wird die P-Schicht die mit der Basis verbunden ist wandern die Löcher von der P-Schicht in die N-Schicht. Dadurch das nun Löcher vorhanden sind kann ein Strom fließen, da ein Strom ja Elektronenbewegung ist. Zeitgleich wandern die Elektronen aus dem Collector in die Basis. Da die Basis aber viel viel viel kleiner als der Collector ist können dort nicht alle Löcher aufgefüllt werden und so wandern die Elektronen weiter zum Emitter.
    Nun hat der Transistor durchgeschaltet.

    So ich hoffe ich hab nichts vergessen. Wenn doch bitte sagen.

  3. #3
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    Doch, doch, es geht auch andersrum, dann aber viel schlechter. Das nennt man Inversbetrieb. Schlechter deswegen, weil jegliche Optimierung der aktiven Kristallbereiche ins Gegenteil verkehrt wird.

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    @Kampi ja einen Fehler hast du gemacht du hast geschrieben das die p-Schicht nicht nach außen neutral ist. Und im dritten Teil wirds durch die Pfeile etwas zweideutig kannst das bitte nochmal ausführlich erklären.

    Danke
    MfG Martinius

  5. #5
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    Zitat Zitat von RoboHolIC
    Doch, doch, es geht auch andersrum, dann aber viel schlechter. Das nennt man Inversbetrieb. Schlechter deswegen, weil jegliche Optimierung der aktiven Kristallbereiche ins Gegenteil verkehrt wird.
    wie sind die den optimiert?
    MfG Martinius

  6. #6
    Moderator Robotik Einstein Avatar von Kampi
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    Also nehmen wir an wir haben folgende Schaltung (weiß nicht ob die Werte für die Widerstände stimmen aber das ist für die Funktionweise egal)



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    Sobald du den Schalter S1 schließt, liegt zwischen Basis und Emitter eine Spannung an (wenn du dich an das Diodenersatzbild erinnerst dann ist die Diode zwischen Basis und Emitter in Durchlassrichtung geschaltet).
    Dieses anlegen der Spannung dafür das die neutralen Schichten zwischen den P-und N -Schichten (Diese entstehen, weil in der P-Schicht Löcher sind und in der N-Schicht zuviele Elektronen dann wandern ein paar Elektronen aus der N-Schicht zur P-Schicht und dadurch entsteht dann eine neutrale Schicht die als Sperre dient, ähnlich wie bei einer Diode) mit Löchern aus der P-Schicht aufgefüllt. Dies hat zur Folge das Elektronen von der Emitterschicht zur Basisschicht fließen können, weil die neutrale Zone die als Sperre gilt nun weg ist. Dann wird auch die Basisschicht (die P-Schicht) mit Elektronen aufgefüllt und da diese viel dünner ist als die N-Schichten, wandern die meisten Elektronen (99%) in die Sperrschicht zwischen Basis und Collector und überfluten diese dann. Sobald das geschehen ist, ist die neutrale Zone zwischen Basos und Collector ebenfalls weg und auf dem Ersatzschaltbild mit den zwei Dioden würde die Diode zwischen Basis und Collector leitend werden (nun siehste auch wieso das Bild eigtl doch nicht so super ist).

    Hier nochmal ein Bild das nochmal bildlich zeigt:
    http://de.wikipedia.org/w/index.php?...20090815091035

    Und deswegen musst du vor die basis und vor dem Collector auch einen Widerstand machen. Weil ohne Widerstände würde der Collector einen Kurzschluss schalten und er würde durch die Hitze zerstört werden.
    Die "Hauptfähigkeit" eines Transistors ist eigentlich die das er mit einem ganz kleinen Strom an der Basis und Emitter einen viel größeren Strom zwischen Collector und Emitter schalten kann.
    Das Verhältnis aus Collectorstrom/Basisstrom wird Verstärkungsfaktor genannt.
    Ein Transistor mit einem Verstärkungsfaktor von z.B. 500 kann theoretisch(!) mit einem Strom von 1mA an der Basis, 500mA am Collector schalten.

    wie sind die den optimiert?
    Das sind die P und N Dotierungen nehm ich mal an.

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Gut danke jetzt ist alles klar
    MfG Martinius

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    Zitat Zitat von Martinius11
    wie sind die den optimiert?
    Sie sind bei der Herstellung so ausgelegt, dass der Anschluß von Kollektor, der meistens mit einem Kühlblech thermisch gekoppelt ist, die grösste Kontaktfläche mit dem dotiertem Halbleiter hat.

    Das könnte man sogar bei einer Messung mit DMM (Mmultimeter) feststellen, dass der gemessene Spannungsabfall in Durchflussrichtung der Basis-Collektor immer ein bischen kleiner als Basis-Emitter Diode ist.

    Das nutze ich immer bei bipolaren und J-FET Transistoren zur Erkennung der Anschlüsse, weil das schneller geht, als Datenblatt zu finden.

    MfG

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär
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    Emitter und Kollektor sind zwar ähnlich, aber nich ganz gleich. Bei der Dotierung gibt es halt nicht nur N oder P, sondern auch verschieden starke Dotierungen. Der Kollektor ist schwächer dotiert als der Emitter.
    Die Unsymetrie in der Geometrie ist eher unwesentlich.

    http://de.wikipedia.org/w/index.php?...20060212162931

    Verkehrt herum, also Emitter und kollektor vertauscht, hat man nur eine geringe Spannungsfestigkeit (z.B. 6V), eine kleine Verstärkung und teils viel Leckstrom. Ältere Transistoren waren teils nicht so unsymetrisch. Bei J.Fets sind Source und Drain nicht verschieden, die gibt es auch ganz symeterisch.

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