36 23 Der Transistor Ein Transistor1 (transistor) besteht aus drei Halbleiterschichten. Diese sind entweder in der Reihenfolge n-Leiter, p-Leiter, n-Leiter (npn-Transistor) oder p-Leiter, n-Leiter, p-Leiter (pnp-Transistor) aneinandergefügt. Die drei Schichten nennt man Emitter (E)2, Basis (B) und Kollektor (C)3, (Abb. 23.1). Die Basisschicht ist sehr dünn ausgeführt (ca. 0,05 mm) und bildet sowohl mit dem Emitter als auch mit dem Kollektor je eine Diode. Versuch: Lege nach Abb. 23.2 an den Emitter und Kollektor eines npn-Transistors ca. 5 V Gleichspannung, wobei der Minuspol mit dem Emitter verbunden wird. Was zeigt das Lämpchen an? Lege nun auch an die Basis des Transistors Spannung an, indem du den Schalter S schließt. Was kannst du jetzt feststellen. Die Sperrschicht zwischen Basis und Kollektor verhindert zunächst, dass Strom vom Kollektor zum Emitter fließt. Das Lämpchen bleibt dunkel. Legst du aber an Basis und Emitter eine Gleichspannung so an, dass sie in Durchlassrichtung gepolt sind, dann fließen über die Emitter-Basis-Strecke Elektronen (IBE). Wegen der dünnen Basisschicht gelangen Elektronen auch in die Sperrschicht zwischen Basis und Kollektor. Dadurch wird der Transistor über die Kollektor-Emitter-Strecke leitend (ICE). Das Lämpchen leuchtet. Man sagt, der Transistor hat durchgeschaltet. Versuch: Baue eine Schaltung gemäß Abb. 23.3 auf. Ändere mit Hilfe des regelbaren Widerstandes den Basis-Emitter-Strom und miss jeweils den zugehörigen Kollektor-Emitter-Strom. Je größer der Basis-Emitter-Strom ist, desto mehr Ladungsträger gelangen in die Sperrschicht zwischen Basis und Kollektor. Schon eine sehr kleine Änderung des Basis-Emitter-Stromes bewirkt eine große Änderung des Kollektor-Emitter-Stromes. Der Transistor kann also einerseits als (kontaktloser) Schalter, andererseits zur stufenlosen Steuerung und Verstärkung von elektrischen Strömen verwendet werden. Als Verstärker wird er z. B. bei Mikrofonen oder als Schalter in Computern verwendet. Transistoren zählen heute zu den wichtigsten Bauelementen der Mikroelektronik. Sie zeichnen sich durch Robustheit, lange Lebensdauer und geringe Größe aus. Da sie bei niedrigen Spannungen betrieben werden, haben sie einen äußerst geringen Energiebedarf. Sie sind aber sehr hitzeempfindlich. Du bist dran – zeige deine Kompetenz: 23.1 Erkläre, physikalisch fundiert, folgende Aussage: „Ein Transistor kann einen elektrischen Strom verstärken.“ 23.2 Recherchiere und beschreibe unterschiedliche Anwendungen bzw. Aufgaben von Transistoren. 1 Transistor … Kurzwort aus transfer resistor (engl.) … Übertragungswiderstand 2 emittere (lat.) … aussenden 3 colligere (lat.) … sammeln Kann man elektrische Schalter ohne bewegliche Teile bauen? 23.1 Aufbau eines npn-Transistors B + n-Leiter Emitter Kollektor Basis n-Leiter p-Leiter C E IC E IBE IE 6 V/0,1 A 5 V Transistor zB 2N3055 oder BD139 B C E S IBE IC E R Welches Verhalten zeigt das Lämpchen und dem Schließen des Schalters S? vor nach Der Basisvorwiderstand verhindert die Überlastung des Transistors. 23.2 Transistor als Schalter 6 V/0,1 A 5 V Transistor zB 2N3055 oder BD139 B C E IBE IC E R R mA mA 0 ... 10 mA 0–5 mA Stelle verschiedene Basis-Emitter-Ströme mit dem regelbaren Widerstand ein ... ... und miss die zugehörigen Kollektor-Emitter-Ströme! regelbarer Widerstand 23.3 Transistor als Verstärker Transistoren sind Halbleiter-Bauteile, die als Schalter, Regler und Verstärker vielerlei Anwendung finden. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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