Transistor

Unser Wiki: Erläuterung und Definitionen für Begriffe wie "SMD", "mcd", "Lumen" usw.

Moderator: T.Hoffmann

Transistor

Beitrag am Di, 08.05.07, 21:20 (1 Bewertungen, 20 Sterne)

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Übersicht:
1. Geschichte
2. Was ist ein Transistor (Definition)
3. Wie funktioniert ein Transistor, wie ist er aufgebaut?
4. Für was benötigt man Transistoren (Einsatzgebiet)?
5. Verschiedene Arten von Transistoren


1. Geschichte
Das erste Patent eines Transistors wurde von Julius Edgar Lilienfeld aus Deutschland um 1926 angemeldet .
Ein voll funktionierender Transistor wurde ungefähr auf Dezember 1947 in den Bell Laboratories geschrieben.
Die Erfinder waren William B. Shockley, John Bardeen und Walter Brattain, die 1956 den Nobelpreis für Physik erhielten.
In den 50er Jahren gab es einen Wettlauf zwischen Röhre und Transistor, worin der Transistor als Benachteiligter bezeichnet wurde.

Am Anfang wurden Transistoren aus Germanium hergestellt und ungefähr wie Röhren in winzige Glasröhrchen eingeschmolzen. Germanium wurde dann später durch Silizium verdrängt. Es werden auch Mischmaterialien benutzt, diese sind aber nicht so oft vertreten.


2. Was ist ein Transistor (Definition)

Transistoren sind aktive elektronische Halbleiterbauelemente.
Es ist ein Halbleiterbauteil, das als Verstärker für elektrische Spannungen und Ströme dient. Der Transistor ist das wichtigste Grundelement für aktive Schaltungen. Durch einen kleinen Steuerstrom kann in einem Transistor ein wesentlich größerer Strom gesteuert werden.



3. Wie funktioniert ein Transistor, wie ist er aufgebaut?

(Beispiel NPN-Transistor)
1837_aufbau_2.jpg
1837_aufbau_2.jpg (33.06 KIB) 27184-mal betrachtet


* Emitter: Der Emitter sendet Elektronen aus -> Minuspol
* Kollektor: Der Kollektor sammelt diese ein -> Pluspol
* Basis: Die Basis kann je nach gewünschter Funktionsweise mit dem Plus- oder Minuspol verbunden werden.

* N-Schicht: Die N-Schicht besteht aus Silizium (Si) und Arsen (As) Atomen. Durch die Beschaffenheit der Atome gibt es in der N-Schicht fast frei bewegliche Elektronen.
* P-Schicht: Die P-Schicht besteht aus Silizium (Si) und Gallium (Ga) Atomen. Durch die Beschaffenheit der Atome gibt es in der P-Schicht Elektronenlücken.

Ein Transistor hat einen Verstärkungsfaktor β (Beta) der sich aus Ic/Ib ergibt, also dem Kollektorstrom geteilt durch den Basisstrom. Aus dem Emitter fließen Ic und Ib gegen Minus/Masse.

Will man z.B. einen Strom von 20mA in den Kollektor fließen lassen (ein gängiger Wert für 5mm LEDs) und hat einen Transistor mit einem Verstärkungsfaktor von 200 (ist dem Datenblatt zu entnehmen) ergibt sich ein Basisstrom von 100µA, den man an die Basis anlegen muss. Bei 12V wären das R = U/I = 12V/.0001A = 120kΩ (angeschlossen zwischen 12V und Basis).
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Beide Schichten sind Elektrisch neutral.

Bringt man eine N- und eine P-Schicht zusammen, bewegen sich die frei beweglichen Elektronen der N-Schicht in die Elektronenlücken der P-Schicht.
Weil in die ursprünglich neutrale P-Schicht Elektronen kamen ist diese jetzt negativ geladen. Also ist die N-Schicht wiederum positiv geladen.
Jeder der mal Physikunterricht hatte, weiß, dass nun die Elektronen vom Emitter abgestoßen werden.
Erst wenn man die Basis mit dem Pluspol verbindet, werden Elektronen aus der P-Schicht abgezogen und neue können vom Emitter zum Kollektor gelangen. Tritt dieser Fall ein, so sagt man "der Transistor steuert durch".


4. Für was benötigt man Transistoren (Einsatzgebiet)?
Transistoren verschiedener Typen werden als bzw. in FlipFlops, Verstärker, Oszillatoren, logische Schaltungen und als Elektronischer Schalter uvm.verwendet.

5. Verschiedene Arten von Transistoren
Grob wird zwischen zwei Arten von Transistoren unterschieden, die sich von ihrer Ansteuerungsart unterscheiden.

Bipolar Transistoren: Sie werden durch Stromfluss angesteuert, die Anschlüsse heißen Basis, Emitter, Kollektor. Es gibt NPN und PNP Transistoren, der Unterschied ist, mit welchem Potenzial die Anschlüsse angesteuert werden.
1837_transist_1.gif
1837_transist_1.gif (2.97 KIB) 27194-mal betrachtet


Unipolar Transistoren (Feldeffekttransistor uvm.): Sie werden durch Spannung gesteuert und benötigen somit nahezu keinen Strom. Sie besitzen 4 Anschlüsse, welche Source, Gate, Drain und Bulk heißen.
1837_100pxIGFET_NCh_Enh_Labelledsvg_1.png
1837_100pxIGFET_NCh_Enh_Labelledsvg_1.png (1.42 KIB) 27194-mal betrachtet


Es gibt verschiedenste Bauformen von Transistoren hier ein paar auf dem folgenden Bild:

1837_trans_1.jpg
1837_trans_1.jpg (9.54 KIB) 27193-mal betrachtet





Ein Transistor hat einen Verstärkungsfaktor β (Beta) der sich aus Ic/Ib ergibt, also dem Kollektorstrom geteilt durch den Basisstrom. Aus dem Emitter fließen Ic und Ib gegen Minus/Masse.

Will man z.B. einen Strom von 20mA in den Kollektor fließen lassen (ein gängiger Wert für 5mm LEDs) und hat einen Transistor mit einem Verstärkungsfaktor von 200 (ist dem Datenblatt zu entnehmen) ergibt sich ein Basisstrom von 100µA, den man an die Basis anlegen muss. Bei 12V wären das R = U/I = 12V/.0001A = 120kΩ (angeschlossen zwischen 12V und Basis).
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Zuletzt geändert von mario159 am So, 13.05.07, 20:25, insgesamt 2-mal geändert.
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mario159
 
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Beitrag am Di, 08.05.07, 21:23 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Da die anderen ja zu faul sind :lol: lol* stell halt ich ein paar definitionen ein, wär ja nicht so dass man dabei nichts lernt. ich als angehender elktroniker muss dass sowieso wissen also kann ich so mein wissen erweitern oder auffrischen.
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mario159
 
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Beitrag am Di, 08.05.07, 21:26 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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schön gemacht mario :lol:
bin stolz auf dich hast es geschaft ne seite rauszukopieren ^^

mfg ilker
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Ilker21
 
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Beitrag am Di, 08.05.07, 21:29 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Lieber Ilker zeig mir bitte aus welcher seite das rauskopiert ist, des ist von vielen informationsquellen zusammengefasst, das interessanteste und wissenswerteste halt, kennst mich doch!! :D

edit:
des meiste habe ich aus unserem tabellenbuch, welches du (ilker) doch schon auswendig kennst! :lol:
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mario159
 
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Beitrag am Mi, 09.05.07, 17:36 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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also wir haben bei uns im elektronikunterricht auch den transistor durchgenommen.
aber einiges war anders! wir sind zum beispiel bei der genauen funktion von dem reellen stromfluss ausgegangen.
also von minus nach plus
um die funktion wirklich zu verstehen fand ich das deutlich einfacher. kann ja mal mit erlaubniss des urhebers dieses topics das erweitern.
was mir noch aufgefallen ist, die siliziumverbindungen sind immer verscheiden. wir benutzen als beispiel bor uns phosphor für die verschieden schichten!
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lithi
 
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Beitrag am Mi, 09.05.07, 18:02 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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super gemacht ! endlich weiss ich nun auch wie der transistor arbeitet........ ich wusste eigentlich nur das der was verstärkt ;) jetzt bin ich schlauer.......
Mr M3xX!
 
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Beitrag am Mi, 09.05.07, 21:28 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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um die funktion wirklich zu verstehen fand ich das deutlich einfacher. kann ja mal mit erlaubniss des urhebers dieses topics das erweitern.
was mir noch aufgefallen ist, die siliziumverbindungen sind immer verscheiden. wir benutzen als beispiel bor uns phosphor für die verschieden schichten!


wie ich schon mal in einem anderen thread geschrieben habe ist teamarbeit die beste lösung, also kannst du dich ranmachen und die fehler gerne ausbessern, ist ja für alle positiv!
MfG
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mario159
 
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Beitrag am Mi, 09.05.07, 23:09 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Für den (NPN-)Transistor:

Der Strom in den Kollektor wird über den Strom in die Basis gesteuert.

Ein Transistor hat einen Verstärkungsfaktor β (Beta) der sich aus Ic/Ib ergibt, also dem Kollektorstrom geteilt durch den Basisstrom. Aus dem Emitter fließen Ic und Ib gegen Minus/Masse.

Will man z.B. einen Strom von 20mA in den Kollektor fließen lassen (ein gängiger Wert für 5mm LEDs) und hat einen Transistor mit einem Verstärkungsfaktor von 200 (ist dem Datenblatt zu entnehmen) ergibt sich ein Basisstrom von 100µA, den man an die Basis anlegen muss. Bei 12V wären das R = U/I = 12V/.0001A = 120kΩ (angeschlossen zwischen 12V und Basis).
Ragnar Roeck
 
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Beitrag am Fr, 11.05.07, 20:19 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Erstmal ein Danke an Ragnar Roeck ich hab deine erweiterung 1:1 in mienen Beitrag übernommen, Danke. Dann noch da saglich geiz geil ist bitte ich noch um die für meine Definition angemessenen Credits, Danke!
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mario159
 
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Beitrag am Do, 21.06.07, 14:44 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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naja, stimmt nicht so ganz mit der stromverstärkung, den stromverstärkungsfaktor kannst du aus dem datenblatt nur
grössenordnungsmässig bestimmen, da dieser exemplarabhängig ist (jeder halbleiter stellt für sich ein unikat dar)
üblich ist bei bipolartransistoren meist, aber nicht immer, die einteilung in stromverstärkungsgruppen. selbst bei
10000 baugleichen transistoren wirst du kaum 2 ideal gleiche finden, in digitalschaltungen spielt das keine rolle, da der transistor möglichst weit in die sättigung gesteuert wird. man spricht in diesem zusammenhang davon, das ein strom in die basis emitter-strecke eingeprägt wird. bei analogschaltungen spielt der verstärkungsfaktor eine weit grössere rolle, diese schaltungen werden oft mit trimmern zum einstellen des arbeitspunktes ausgeführt.
luckylu1
 
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Beitrag am Do, 21.06.07, 17:33 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Ich würde dem Satz also folgendes anfügen: "(...dem Datenblatt zu entnehmen, dieser Wert ist aber durch Messungen zu überprüfen, da er bedingt durch Bauteilstreuungen stark schwankt).

Immerhin sollen die Datenblätter ja zu irgendwas gut sein, einen Richtwert muss man schon entnehmen können. :D
Ragnar Roeck
 
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Beitrag am Do, 21.06.07, 18:35 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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na, dann guckst du hier^^
http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/B/C/5/4/BC546.shtml

bei einem standardtransistor, wie dem angegebenen BC546, liegen die streuwerte bei nur einer angegebenen
kollektor-emitter-spannung
! schon zwischen zwischen 90 und 800(hfe), das ist ein verhältnis von fast 1:9, nimmt man noch kleinere spannungen und oder ströme, ergeben sich leicht differenzen bis zu 1:20 und mehr, bei darlingtontransistoren kann dieses verhältnis bis 1:50 und mehr betragen! mit welchem wert willst du dann rechnen?
guckst du hierhttp://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/T/I/P/1/TIP120.shtml
hier wird nur noch ein minimalwert der stromverstärkung angegeben, das verhältnis zwischen statischem und dynamischem betrieb liegt hier schon bei 1:250, der obere wert wird hier bewusst nicht angegeben, 15000 in bestimmten arbeitspunkten sind durchaus noch völlig normal, mit welchem wert willst du dann rechnen?
obwohl der bipolartransistor ein stromverstärker ist, wird der erforderliche strom, meist durch die eingestellte basis-emitterspannung eingestellt, aus der kurvenschaar im datenblatt ist zu ersehen, das diese werte sehr viel dichter beeinander liegen, was eine reproduktion von schaltungen erst möglich macht.

du müsstest deinen erklärungssatz also noch ein wenig anders formulieren.

gruss lu
luckylu1
 
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Beitrag am Mo, 02.07.07, 15:50 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Gallium ist ein ziemlich unüblicher dotant, die am meisten verwendeten sind Bor (P), Arsen und Prohsphor(N)

Das mit dem Silizium stimmt auch nur bedingt, es gibt ja auch z.B. Germaniumtransistoren
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Cyberhofi
 
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Re: Transistor

Beitrag am Mi, 24.10.07, 10:03 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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mario159 hat geschrieben:* Basis: Die Basis kann je nach gewünschter Funktionsweise mit dem Plus- oder Minuspol verbunden werden.


Minuspol ist bei einem NPN-Transistor in Ordnung, bei der direkten Verbindung mit dem Pluspol wird er sich wohl in einem kleinen Rauchwölkchen auflösen. Der Basisstrom muss auf jeden Fall begrenzt werden, weil sich die Basis-Emitterstrecke wie eine normale Diode verhält mit einer Flussspannung von ca. 0,7V bei einem Siliciumtransistor. Der Emitterpfeil zeigt auch die Polung dieser Diode an (wie bei einer normalen: Pfeil in Flussrichtung).
Bei einem PNP-Transistor ist es umgekehrt. Hier kann man die Basis bedenkenlos an den Pluspol anschließen, aber nicht an Minus. Bei einem PNP-Transistor hängt aber auch (üblicherweise) der Emitter (der Anschluß mit dem Pfeil) an Plus.
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Mirfaelltkeinerein
 
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Re: Transistor

Beitrag am Di, 17.08.10, 20:50 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Hallo zusammen,

die Tatsache, dass ich heute das erste Mal schreibe bedeutet nicht das ich neu hier bin. Vielmehr lese ich hier schon eine Weile und möchte einmal Danke sagen für vielen guten Beiträge!
Ich weiß, dass es ziemlich daneben ist, im ersten Beitrag etwas zu fordern bzw. zu erwarten, aber ich habe ein echtes Problem:
Ich selbst bin gelernter Elektroniker (ist 20 Jahre her) und als ausgebildeter Fahrlehrer glaube ich zumindest, dass ich in der Lage bin, Wissen vermitteln zu können. Aber hier komme auch ich nicht weiter!
Unsere Tochter hat mir heute erzählt, dass sie bis Freitag (also muss bis 19.08.10 fertig sein) einen Vortrag ausarbeiten soll, der sich mit dem bipolaren Transistor beschäftigt. Folgende Voraussetzungen:

1. sie ist gerade mal 15 Jahre alt (9.Klasse)
2. die Chemiekenntnisse sind unter aller Kanone
3. auf meine Frage, was sie schon in Bezug auf Elektrik und Elektronik gelernt haben: NICHTS bzw. nur Stromlaufpläne (hilft nicht wirklich)
4. sie muss es so erklären, dass es verständlich ist (was ohne Grundkenntnisse unmöglich ist, aber das ist dem Lehrer egal, wenn sie es nicht macht, gibts nen Sechser...).....................(bald ist Elternabend und dann gibts Schmackes!!!, das hilft uns nur im Moment nichts!!!)
5. Wiki ist absolut verboten in diesem Gymnasium, sonst Sechser

Sie muss den Aufbau, die Funktionsweise und die Anwendung ERKLÄREN können (was eigentlich gar nicht geht in diesem Alter und ohne Vorkenntnisse...)
Mal ungeachtet dessen, dass der Lehrer nen Vollknall hat, möchte ich ihr gern helfen und sie nicht im Regen stehen lassen. Natürlich kann ich die Funktionsweise erklären, nur wie soll das ne 15-Jährige kapieren, die sich (und die gesamte Klasse) soviel für das Thema interessieren wie die Schuhgröße von Helmut Kohl???
Leider wurde meine Elektronikwerkstatt vollkommen zerstört und ich habe kein einziges Bauelement mehr. Meine erste Schaltung war (im Alter von 10 Jahren) der Aufbau einer Helligkeitssteuerung mittels Fotowiderstand, Transistor, Lampe, Spannungsquelle und Schutzwiderstand für die Basis des Transistors (Natürlich habe ich den Transistor sofort geext, weil der Widerstand falsch bemessen war). So etwas hätte ich gern für sie aufgebaut, um die Unterscheidung zwischen einem Relais und einem Transistor zu erklären (hätte sie ja mit in die Schule nehmen können), aber ich habe nichts mehr zur Verfügung. Damit hätte man auch die Unterscheidung und eigentliche Bedeutung des Transistors erklären können, zum Beispiel, dass er in der Lage ist analog zu arbeiten. Das Relais ist digital, entweder An oder Aus. Ich weiss, Ihr lacht Euch jetzt gerade kaputt, aber wie erklärt man das einem Jugendlichen (Kind)???

Könnt Ihr mir helfen? Erklären muss ich es Ihr allein...
Wenn Ja bitte keine Textkopien aus Wiki und Co, das würde der Lehrer merken.

Ich weiß, dass ist ne Zumutung für Euch, aber es ist halt auch ein Notfall. Ansonsten sorry für meine Aufdringlichkeit! Liebe Grüße, Thomas
daschendiescher
 
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Re: Transistor

Beitrag am Di, 17.08.10, 23:20 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Ich hoffe da machen sich noch einige Gedanken, wie Deiner Tochter zu helfen ist!

Ergebnis dann per PN (Feind hört mit :wink: ).

Etwas knapp, die Zeit. Gerade weil man die Gedanken wohl auf ein einfaches Niveau herunterschrauben muss und nicht zu kompliziert denken darf.

Ich will es morgen versuchen, jetzt ist es doch etwas spät.
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Re: Transistor

Beitrag am Mi, 18.08.10, 13:05 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Wiki ist verboten... EKELHAFT, dass Schulen nicht zulassen, dass man sich Informationen da holt, wo sie zu finden sind. (Ja, mir ist bekannt, dass Wikipedia nicht über jeden Zweifel erhaben ist). Dennoch Pfui für so ein ewig gestriges Denken!

Immerhin lässt diese Vorgehensweise ja ab Klasse 11/12 i.d.R. nach und im Studium erst recht: da darf man dann auch eine Sackkarre Literatur mit zu den Prüfungen nehmen --- wenn man nix kapiert hat nützt die einem nämlich auch nichts.

Wenn aber --- wie in der Schule leider zu IMHO 50-90% der Fall --- nur plump auswendig-lernbares Wissen abgefragt wird (und darauf ist unser IMHO nicht gerade optimales Schulsystem leider übelst ausgelegt), dann kann jeder mit stupidem Fleiß gute Noten bekommen, ohne auch nur irgendwas verstanden zu habe!

Hilft Dir jetzt leider auch nicht weiter, aber das musste einfach mal raus...
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Re: Transistor

Beitrag am So, 05.12.10, 17:46 (0 Bewertungen, 0 Sterne)

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abend,
mal ne frage, wo steht die Verstärkung des Transistors im Datenblatt?
MfG Tom
razory314
 
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Re: Transistor

Beitrag am So, 05.12.10, 18:11 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Wie im ersten Post schon gesagt, wird die Verstärkung üblicherweise als β angegeben:
Ein Transistor hat einen Verstärkungsfaktor β (Beta) der sich aus Ic/Ib ergibt, also dem Kollektorstrom geteilt durch den Basisstrom. Aus dem Emitter fließen Ic und Ib gegen Minus/Masse.

Wenn es im Datenblatt an griechischen Buchstaben mangelt, dann ist der Verstärkungsfaktor vielleicht als 'B' bezeichnet. Auf jeden Fall aber hat er keine Einheit und ist größer als 1.
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strenter
 
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Re: Transistor

Beitrag am So, 05.12.10, 18:18 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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vielen Dank für die schnelle Antwort. Kannst du mir einen Transistor nennen, der eine Verstärkungsleistung über 200 hat, und 2 Ampere aushält? Vielen Dank im Voraus, ich kenne mich mit Transistoren-Baureihen nicht wirklich aus...
razory314
 
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Re: Transistor

Beitrag am So, 05.12.10, 18:40 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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daschendiescher hat geschrieben: Damit hätte man auch die Unterscheidung und eigentliche Bedeutung des Transistors erklären können, zum Beispiel, dass er in der Lage ist analog zu arbeiten. Das Relais ist digital, entweder An oder Aus. Ich weiss, Ihr lacht Euch jetzt gerade kaputt, aber wie erklärt man das einem Jugendlichen (Kind)???


Hab mich gerade an das Wassermodell aus meiner Anfangszeit errinert. Das kann man sich auch ohne großartige elektrotechnische Vorkenntnisse wenigstens in etwa vorstellen.
Ne gute Seite dazu hab ich auf die Schnelle hier gefunden.

Hoffe das hilft vllt etwas weiter.
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Re: Transistor

Beitrag am So, 05.12.10, 20:15 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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strenter hat geschrieben:Wenn es im Datenblatt an griechischen Buchstaben mangelt, dann ist der Verstärkungsfaktor vielleicht als 'B' bezeichnet. Auf jeden Fall aber hat er keine Einheit und ist größer als 1.


Die Bezeichnung HFE ist auch recht verbreitet. Eine Verstärkung von über 200 bei einem Strom von 2A wird mit einem einzelnen Transistor schon schwer. Da muss schon eher ein Darlington-Transistor her, oder aber selbst zwei Verstärkerstufen hintereinander hängen.
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Beatbuzzer
 
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Re: Transistor

Beitrag am Mo, 06.12.10, 09:59 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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...einen Transistor nennen, der eine Verstärkungsleistung über 200 hat, und 2 Ampere aushält?

Muss es ein klassischer Bipolartransistor sein? Manches lässt sich sehr einfach über einen Mosfet - Transistor erledigen, wo man eben sonst mehrere Bipolartransistoren bräuchte. Hängt aber vom Anwendungszweck ab. Man kann Bipolartransistoren nicht einfach 1:1 mit Mosfet - Transistoren ersetzen. Aber in vielen Fällen lässt sich dass durch eine geringfügige Umstellung des Schaltungsdesigns durchaus bewerkstelligen.
Borax
 
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