Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

94 Halbleiter 17 Funktionsweise eines Transistors Durch den Bau des Transistors (dünne Basisschicht) kann man erreichen, dass beispielsweise 1% der Elektronen aus der Grenzschichte zwischen Basis und Emitter vom Emitter zur Basis fließen (Durchlass­ richtung). 99% der Elektronen können in die ladungs­ trägerarme Sperrschicht zwischen Basis und Kollektor diffundieren. Der Übergang von Basis zum Kollektor (in Sperrrichtung gepolt!) wird damit leitend. Besteht zwischen Emitter und Kollektor eine Spannungsdiffe- renz, genügt somit ein geringer Strom vom Emitter zur Basis (Basisstrom), um viele Elektronen für den Ladungstransport von Emitter zu Kollektor (Kollektor- strom) bereitzustellen. Eine positive Spannung an der Basis erhöht somit die Leitfähigkeit zwischen Emitter und Kollektor, der Tran­ sistor wird zwischen Emitter und Kollektor leitend. 17.5.2 Anwendungen des Transistors Transistor als Verstärker Ziel einer Verstärkerschaltung ist es, Strom- oder Span- nungssignale zu verstärken. Dabei werden Eingangs- signalschwankungen durch Energiezufuhr in vergrö- ßerte Ausgangssignalschwankungen umgewandelt. Verwendet man eine Schaltung, wie sie in Abb. 94.1 angegeben ist (Emitterschaltung), dann kann man den Kollektorstrom I K in Abhängigkeit von der Kollek­ torspannung U KE bei einem bestimmten Basisstrom I B messen und erhält damit ein Ausgangskennlinienfeld. Ähnlich kann man das Eingangskennlinienfeld be­ stimmen, indem man die Abhängigkeit des Basis­ stromes I B von der Basisspannung U BE bei konstanter Kollektorspannung U KE misst. Bestimmt man die Größe des Kollektorstromes I K in Abhängigkeit von I B bei konstanter Kollektorspannung U KE , so erhält man Stromsteuerungskennlinien: In den Kennlinienfeldern erkennen wir: Basisspannungen zwischen U BE + D U BE und U BE – D U BE führen zu Kollektorspannungen zwischen U KE – D U KE und U KE + D U KE . Da die Kollektorspannungsschwan- kungen größer sind als die Basisspannungsschwan- kungen definiert man als Spannungsverstärkung: V u = D U KE  / D U BE Ähnlich erhält man die Stromverstärkung zu V i = D I K  / D I B und die Leistungsverstärkung V p = V u · V i . 17.6 17.6.1 Versuch Funktion eines Transistors Im vorigen Versuch haben wir gesehen, dass der Transistor zwischen Emitter und Kollektor wegen der Diodenübergänge nichtleitend ist. Legt man an der Basis eine gegenüber dem Emitter positive Spannung an, wird der Transistor zwischen Emitter und Kollektor (mehr oder weniger) leitend: Abb. 94.1 Die Stromrichtung wurde im technischen Sinn von + nach – angenommen. (Die Bewegung der Elektronen erfolgt natürlich umgekehrt!) U BE 0,7 V 10 k U KE 7 V I B I K I E Ist die Basis positiv gegen den Emitter, ... … so wird der Transistor zwischen Emitter und Kollektor leitend. Abb. 94.2 Wegen der geringen Dicke der Basisschicht (10 –6  m) können Elektronen in der Sperrschicht zwischen Basis und Kol- lektor diffundieren, der Transistor wird von E nach K leitend. I B I K K n p n 99 % 100 % 1 % I E E B Abb. 94.3 Kennlinienfelder am Transistor I B =20 A µ I B =30 A µ I B =40 A µ 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 ∆ U KE ∆ I B Kollektorspannung | | in V U KE Basisstrom | | in A I B µ Basisspannung | | in V U BE Kollektorstrom | | inmA I K Ausgangssignal Eingangssignal Stromsteuerungs- kennlinie Ausgangskennlinienfeld Eingangskennlinie + Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv