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Titel:

Transistor Referat


  Note: ?   Klasse: 11









Arbeit: Text zur Abgabe beim Lehrer:

Transistor



Das Prinzip des Transistors wurde von den Amerikanern J. Bardeen und W.H. Brattain 1948 entdeckt und von W. Shockley physikalisch gedeutet. Transistoren werden heute sowohl als Verstärkerelemente als auch zu Schaltzwecken eingesetzt.

Der Transistor ist ein dreipoliges Halbleiterbauelement, bestehend aus 3 Schichten verschieden dotierten Germaniums bzw. Siliciums; n- Germanium ist mit einigen Fremdatomen Arsen oder Antimon versetztes Germanium, das dadurch einen Überschuss an Elektronen besitzt und elektrisch leitfähig ist (Elektronenleitung); p- Germanium enthält Zusätze an Indium oder Gallium und wird durch Elektronenmangel leitfähig (Löcherleitung). Der gebräuchliche npn- Transistor besteht aus einem Plättchen p- Halbleiter (Basis), das auf beiden Seiten mit einer n- leitenden Schicht legiert ist (Kollektor und Emitter).

Wirkungsweise:

Wird der Kollektor (collect= einsammeln) eines npn- Transistors mit dem Pluspol und der Emitter (von emittiert= ausgesendet) mit dem Minuspol einer Batterie verbunden, ist der pn- Übergang zwischen Basis und Emitter in Durchlassrichtung geschaltet; dagegen verarmt der pn- Übergang zwischen Basis und Kollektor an Ladungsträgern und wird zur Sperrschicht: Die Kollektor- Emitter- Strecke des Transistors wirkt wie ein hoher Widerstand. Wird jedoch zusätzlich die Basis mit Hilfe einer zweiten Batterie an eine positive Spannung (gegenüber Emitter) gelegt, so wandern Elektronen vom Emitter zur Basis, wovon ein geringer Teil (ca. 1) in den Basiskreis abfließt, der Großteil (99) aber die Sperrschicht erreicht und diese leitfähig macht: Die Folge des schwachen Basis- Emitter- Stromes ist ein ca. 100- mal stärkerer Strom im Kollektor- Emitter- Kreis. Mit Hilfe eines Transistors lassen sich somit große Ströme mit kleinen steuern bzw. schalten.

Ein Feldeffekttransistor (FET) besteht aus einem halbleitenden Grundkristall, in den 2 Zonen eines entgegengesetzt leitenden Materials eindiffundiert sind. Die mittlere Zone- der Kanal- wird durch ein elektrisches Feld gesteuert. Ist der Grundkristall n- leitend, spricht man von einem n- Kanal- FET, ist er p- leitend, spricht man von einem p- Kanal-FET.

Die Vorteile des Transistors gegenüber der herkömmlichen Elektronenröhre sind u.a. seine geringe Größe, seine mechanische Unempfindlichkeit, die niedrigere Betriebsspannung, sowie günstigere Herstellungskosten. Bei entsprechender Ansteuerung können Transistoren als kontaktlose Schalter verwendet werden: Sie schalten schnell und geräuschlos, sind wartungsfrei, platzsparend und besitzen eine hohe Lebensdauer.

Anwendungsgebiete: Audio- und Videotechnik (Radio, Fernsehen, HiFi), Computertechnik, Weltraumfahrt; ferner in Hörgeräten, Belichtungs- und Temperaturmessern, Ladegeräten und Blinkern.

Erst die Erfindung des Transistors konnte den Siegeszug des Computers, dessen heutige Prozessorchips bis zu 1 Mio Transistoren enthalten, ermöglichen.

Vortragshilfe:

Transistor

Das Prinzip des Transistors wurde von den Amerikanern J. Bardeen und W.H. Brattain 1948 entdeckt und von W. Shockley physikalisch gedeutet.
Transistoren werden heute sowohl als Verstärkerelemente als auch zu Schaltzwecken eingesetzt.

Transistoren sind verstärkende, dreipolige Halbleiterbauelemente. Man kann sie in bipolare und unipolare Transistoren einteilen, je nachdem ob beide Ladungsträgerarten (Leistungselektronen und Löcher) oder nur eine am Verstärkungsvorgang beteiligt ist.
Sie bestehen aus 3 Schichten verschieden ausgestatteten Germaniums bzw. Siliciums; n-Germanium ist ein mit einigen Fremdatomen (beispielsweise Arsen oder Antimon) versetztes Germanium, das dadurch einen Überschuss an Elektronen besitzt und elektrisch leitfähig ist (Elektronenleitung); p-Germanium enthält Zusätze an Indium oder Gallium und wird durch Elektronenmangel leitfähig (Löcherleitung).

Die einfachste Art der Transistoren

Bipolare Transistoren  Der NPN-Transistor

Bipolare Transistoren stellt man meist aus Silicium her. Sie sind aus drei übereinanderliegenden Halbleiterschichten aufgebaut, bei denen sich P- und N-Leiter (also Positiv- und Negativleiter) abwechseln. Je nach Zonenfolge entsteht ein PNP- oder ein NPN-Typ. Beide Transistoren verhalten sich ergänzend zueinander. Als Einzeltransistoren setzt man überwiegend NPN-Transistoren ein.
Die drei Halbleiterzonen sind kontaktiert, die Anschlüsse führen nach außen. Die mittlere Zone nennt man Basis (beim NPN-Typ der P-Leiter), die beiden äußeren Emitter und Kollektor (beim NPN-Typ die N-Leiter.). Der Emitter sendet Ladungsträger aus, die der Kollektor wieder einsammelt. Am Übergang vom N- zum P-Leiter bilden sich Sperrschichten aus, beim bipolaren Transistor also zwei. Das heißt die Ladungsträger können nur in eine Richtung durchgelassen werden (siehe auch Diode). Dabei ist der Emitter die ausleitende Zone ( Vergleiche Pfeilrichtung.).
Die Basis-Emitter-Strecke ist im Transistorbetrieb in Durchlassrichtung ( Durchlass) gepolt; die Basis-Kollektor-Strecke in Sperrrichtung ( kein Durchlass) und wird zur Sperrschicht: Die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors wirkt wie ein hoher Widerstand. Der Emitterpfeil im Transistor-Schaltzeichen gibt die technische (- nach +) Stromrichtung an.
Die Emitterzone ist beim bipolarem Transistor stark ausgestattet, die Kollektorzone etwas weniger. Die außerordentliche dünne Basisschicht (wenige μm dick) besteht nur aus reinem Material (Silicium). Fließt ein Basisstrom, überfluten vom Emitter her viele Ladungsträger (z.B. Elektronen, positiv geladen) die dünne Basisschicht. Diese Schicht ist nur wenig ausgestattet. Es fließt also nur ein schwacher Basisstrom.
Die meisten Ladungsträger treibt das elektrische Feld der Basis-Kollektor-Sperrschicht in den Kollektor hinein. So entsteht der hohe Kollektorstrom, der um den Faktor 10 bis 500 größer sein kann als der Basisstrom

 Im bipolaren Transistor steuert der Basisstrom den Kollektorstrom. Für die Steuerung ist nur eine geringe elektrische Leistung nötig.

Die Vorteile des Transistors gegenüber der herkömmlichen Elektronenröhre sind u.a. seine geringe Größe, seine mechanische Unempfindlichkeit, die niedrigere Betriebsspannung, sowie günstigere Herstellungskosten. Bei entsprechender Ansteuerung können Transistoren als kontaktlose Schalter verwendet werden: Sie schalten schnell und geräuschlos, sind wartungsfrei, platzsparend und besitzen eine hohe Lebensdauer.


Anwendungsgebiete

Audio- und Videotechnik (Radio, Fernsehen, HiFi), Computertechnik, Weltraumfahrt; ferner in Hörgeräten, Belichtungs- und Temperaturmessern, Ladegeräten und Blinkern.
Erst die Erfindung des Transistors konnte den Siegeszug des Computers, dessen heutige Prozessorchips bis zu 1 Mio Transistoren enthalten ermöglichen.









Quelle: Physik-Buch Klasse 11 Dorn-Bader; zur Veranschaulichung am besten selbst eine Schaltung basteln und di Wikrungsweise vorführen, die Schaltung ebenfalls auf Folie aufzeichnen und dabei an die Wand werfen




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