Arbeitsblatt Transistor

Höhere technische
Bundeslehr- und
Versuchsanstalt
St. Pölten
Abteilung
Werkstätten
Abteilung
M/W
ET/EL
TRANSISTOR
RANSISTOR
Der Transistor besteht aus zwei PN-Übergängen,
PN Übergängen, je nach Ausführung (Dotierung) unterscheidet man
zwischen NPN- und PNP-Transistoren.
Transistoren. D.h., jeder Transistor besteht aus drei Halbleiterschichten. Die
Außenschichten werden als Kollektor (C) und Emitter (E) bezeichnet. Die mittlere Schicht hat die
Bezeichnung Basis (B), und ist die Steuerelektrode, bzw. der Steuereingang des Transistors. Diese Schicht
ist gegenüber den beiden anderen
eren Schichten besonders dünn.
C
PNP
p
n
p
B
C
B
E
E
NPN
C
n
p
n
B
C
B
E
E
Das Schaltzeichen links zeigt den Prinzipaufbau des Transistors: zwei
gegeneinandergeschaltete Dioden. Die Funktion kann so jedoch nicht real
nachgebaut werden,
n, da es durch die sehr dünne Basisschicht zu einem
anderen Verhalten kommt. In der oberen Ausführung ist ein PNPPNP
Transistor dargestellt, in der unteren ein NPN. Für den Steuerstrom ist
nun ersichtlich, dass er, je nach der Dioden-Durchlassrichtung,
Dioden
beim
NPN-Typ
Typ in den Transistor hineinfließt, beim PNP-Typ
PNP
jedoch aus dem
Transistor herausfließt. Die Diodenstrecken lassen sich auch mit einem
Multimeter mit Diodenmessstrecke nachmessen. Bsp. NPN: Zwischen B
und E muss bei Plus an B und Masse an E eine Diodenstrecke
Diodens
messbar
sein, ebenso bei Plus an B und Masse an C. Bei Masse an B, Plus an C
bzw. E und zwischen C und E in beiden Richtungen darf keine
Diodenstrecke messbar sein. Ist dies der Fall, ist der Transistor in
Ordnung.
Funktionsweise (Bsp. NPN):
Transistor in Sperrrichtung
Die Basis B wird mit keiner Spannung versorgt, am Kollektor C wird eine positive Spannung angelegt,
den Minus-Pol
Pol verbindet man mit dem Emitter E. Zur Strombegrenzung wird ein Widerstand eingebaut.
•
Erster PN-Übergang
Übergang (B-C):
(B
Die negativen
egativen Ladungsträger des Kollektors werden vom Pluspol
angezogen, hingegen die positiven Löcher in der P-Schicht
P Schicht der Basis abgestoßen. Es bildet sich,
wie bei der Diode, eine Sperrschicht. Dieser PN-Übergang
PN Übergang verhindert deshalb das Fließen von
Strom.
•
Zweiter PN-Übergang
Übergang (B-E):
(B E): Hier verhält es sich genau umgekehrt. Vom Minuspol werden die
negativen Ladungsteilchen der Emitterzone abgestoßen und in die positiv geladene Basisschicht
gedrängt. Dieser PN-Übergang
Übergang ist deshalb in Durchlassrichtung geschaltet.
Der Transistor befindet sich im Sperrzustand, da der erste PN-Übergang
PN
das Fließen von Strom verhindert.
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Erstelldatum:
01.10.2010
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Dipl.Päd. Ing. F. Wilhelm
Druckdatum:
01.10.10
Blatt
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TRANSISTOR
RANSISTOR
Transistor in Durchlassrichtung
Die Basis wird mit einer Spannung versorgt, die mindestens die Diffusionsspannung erreicht. Auch hier
wird zur Strombegrenzung ein Widerstand vor die Basis geschaltet. Voraussetzung: Die Emitterzone ist
gegenüber der Kollektorzone höher dotiert, was bedeutet, dass sich in der Emitterschicht mehr freie
Elektronen befinden als in der Kollektorschicht. Die Basisschicht
Basisschicht ist schwach dotiert und enthält deshalb
nur wenige freie Löcher.
•
Wird nun die Basis mit Spannung versorgt, werden die frei beweglichen Elektronen von der
Emitterschicht in die Basisschicht gedrängt. Da sich aber in der P-Zone
P
der Basis nur wenige
Elektronen
onen mit den freien Löchern verbinden können, besteht in dieser Schicht ein
Elektronenüberschuss.
•
Diese überschüssigen, negativen Elektronen werden vom Pluspol des Kollektors angezogen. Die
Sperrschicht löst sich auf und der Transistor befindet sich im Durchgangszustand
Durchgangszustand – Strom kann
fließen.
Der Zustand des Transistors wird demnach durch die Basis gesteuert.
Anwendungen
Der Transistor wird grundsätzlich für Verstärkerschaltungen verwendet. Betrachtet man die zwei
Extremfälle, nämlich die Sperrrichtung und die Durchlassrichtung mit voller Verstärkung, erhält man den
zweiten Hauptanwendungsfall: Transistor als Schalter.
Transistoren haben, je nach Modell, Verstärkungen (IC/IB) von einigen zehn bis zu etlichen hundertfachen
Faktoren.
Gehäuseformen
TO3
TOP3
SOT128B
TO220
SOT32
TO251
TO226AE
TO92
TO39
TO5
Transistoren werden in den verschiedensten Gehäuseformen hergestellt. Die Anschlussbelegung muss für
jeden Typ aus dem Datenblatt abgelesen werden. Gleiche Gehäuseform ist nicht gleich der
Anschlussbelegung!
Verschiedene Gehäuseformen
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