Geschichte der Transistoren

Der Transistor wurde 1948 in den Labors von Bell Telefon erfunden

Diese Erfindung stellte einen beispiellosen Entwicklungsschritt in der Elektronikindustrie dar. Er markierte den Beginn des modernen Zeitalters im Bereich Elektronik. Nach der Entwicklung des Transistors wurden technologische Fortschritte weit häufiger, wozu die Computertechnologie als wichtigstes Beispiel zählt. Für die Erfindung des Transistors erhielten die drei Physiker; William Shockley, John Bardeen und Walter Brattain, den Nobelpreis. Und angesichts aller weiteren Erfindungen, die ohne den Transistor nicht möglich gewesen wären, kann man durchaus sagen, dass der Transistor die wichtigste Erfindung des 20. Jahrhunderts war.

Vom Germanium zum Silizium

Ursprünglich wurde zur Herstellung von Transistoren Germanium verwendet. Im ersten Jahrzehnt ihrer Herstellung war das der Standard. Die Transistoren auf Siliziumbasis, die wir heute kennen, wurden deshalb eingeführt, weil Germanium ab Temperaturen von 82 Grad bricht.

Funktionen eines Transistors

Die Funktionen eines Transistors sind Verstärkung und Umschaltung. Nehmen wir als Beispiel das Radio: Die Signale, die ein Radio aus der Atmosphäre empfängt, sind sehr schwach. Das Radio verstärkt sie durch den Lautsprecherausgang. Das ist die „Verstärkungsfunktion".

Bei einem analogen Radio hört man durch einfache Verstärkung dieses Signals Klang aus des Lautsprechern. Bei digitalen Geräten muss die Wellenform des ankommenden Signals jedoch geändert werden. Bei einem Digitalgerät, wie z.B. einem Computer oder MP3-Player, muss der Transistor den Signalstatus auf 0 oder 1 umschalten. Das ist die „Umschaltfunktion".

Selbst komplexere Komponenten, wie integrierte Schaltungen aus Flüssig-Silizium-Infiltration sind im Grunde genommen eine Ansammlung von Transistoren.

Widerstände und Transistoren auf einem einzigen Chip

Anfangs wurden separate Widerstände und Transistoren auf dieselben Leiterplatinen montiert. Später dann entwickelte man Transistor-Chips mit eingebauten Widerständen als digitale Transistoren. Die Verwendung dieser digitalen Transistoren bei der Herstellung bringt folgende Vorteile:
1. Man spart sich bei der Montage von Bauteilen auf eine Leiterplatine Platz.
2. Man spart sich bei der Montage von Bauteilen auf eine Leiterplatine Zeit.
3. Es werden insgesamt weniger Bauteile gebraucht.

Digitale Transistoren sind durch eines der exklusiven Patente von ROHM geschützt.

Die ersten Transistoren mit eingebauten Widerständen wurden von ROHM entwickelt, die dann auch die Patentrechte dafür zugesprochen bekamen. Digitale Transistoren sind auch durch eines der exklusiven Patente von ROHM geschützt.

Wie funktioniert ein Transistor?

Um die Funktionsweise eines Transistors zu verstehen, stelle man sich am besten einen Wasserhahn vor. In diesem Fall funktioniert Strom wie Wasser. Ein Transistor hat drei Anschlüsse: die Basis, den Kollektor und den Emitter. Die Basis funktioniert wie der Wasserhahngriff, der Kollektor wie die Leitung, durch den das Wasser in den Hahn fließt und der Emitter, wie die Öffnung am Hahn, aus der das Wasser herausfließt. Wenn man den Wasserhahngriff nur leicht dreht, lässt sich der starke Wasserfluss regeln. Das Wasser fließt durch die Leitung und aus der Öffnung heraus. Schon leichtes Verändern der Drehbewegung am Wasserhahngriff kann die herausfließende Menge an Wasser drastisch verändern. Ist der Wasserhahngriff komplett zu, fließt kein Wasser mehr aus dem Hahn. Ist er jedoch komplett offen, fließt das Wasser mit maximaler Geschwindigkeit aus dem Hahn.

Nun können wir uns anhand der nachstehenden Diagramme der Erklärung zuwenden. Ein Transistor hat drei Anschlüsse, den Emitter (E), den Kollektor (C) und die Basis (B). Die Basis steuert den Strom vom Kollektor zum Emitter. Der Strom, der vom Kollektor zum Emitter fließt, ist proportional zum Basisstrom. IE = IB x hFE. In der gezeigten Anordnung wird ein Kollektorwiderstand (RL) verwendet. Wenn ein Strom von IC durch RL fließt, entsteht in diesem Widerstand eine Spannung, die gleich IC x RL ist. Das bedeutet, die Spannung im Transistor ist gleich: E2 - (RL x IC). IC ist ungefähr IE. Wenn also IE = hFE x IB ist, dann ist auch IC gleich hFE x IB. Durch Ersetzung ergibt sich daher für die Spannung an den Transistoren E = E2 - (RL x lB x hFE).

(*1) hfs: DC Stromverstärkungsfaktor des Transistors.