Was Ist Ein Transistor?
＜Funktionen von Transistoren＞

Funktionen von Transistoren

Transistoren haben die Aufgabe, elektrische Signale zu verstärken und zu schalten.
Beim Radio werden die extrem schwachen Signale, die über die Luft übertragen werden, verstärkt, bevor sie über Lautsprecher wiedergegeben werden. Dies ist die Verstärkungswirkung eines Transistors.
Ein Transistor fungiert auch als Schalter, der nur dann arbeitet, wenn ein bestimmtes Signal ankommt.
Ein IC oder LSI ist eine Sammlung von Transistoren, die die Grundfunktion eines Transistors erfüllen.

【Bild der grundlegenden Transistorfunktion】

Transistor als Schalter

Beschreibt den Schaltvorgang, wenn der Emitter geerdet ist.
Sobald eine Spannung (ca. 0,7 V oder mehr) an den Basisanschluss des Transistors angelegt wird, fließt ein kleiner Strom, wodurch der Transistor eingeschaltet wird und Strom zwischen Kollektor und Emitter fließt.
Umgekehrt sind Kollektor und Emitter ausgeschaltet, wenn die an der Basis angelegte Spannung niedrig ist (weniger als 0,7 V), und es fließt kein Strom zwischen ihnen.
Das Schalten eines Transistors entspricht dem Ein- und Ausschalten des Stromflusses vom Kollektor zum Emitter, wobei die Basis als Schalter dient.

【Bild vom Einschalten】

Transistor als Verstärker

Vergleichen wir die Funktion eines Transistors mit dem Mechanismus einer Wasserversorgung. Ein Transistor hat drei Anschlüsse, wobei die Basis der Wasserhahngriff, der Emitter die Öffnung am Hahn und der Kollektor die Leitung ist. Durch leichte Steuerung des Wasserhahns (Eingangssignal an der Basis) lässt sich der starke Wasserfluss regeln (Kollektor) und fließt durch die Leitung aus der Öffnung heraus (Emitter)... Mit diesem Vergleich lässt sich die Funktionsweise eines Transistors leichter verstehen.
Schauen wir uns nun das Prinzip der Transistorverstärkung anhand der Abbildungen 1 und 2 genauer an. Durch den Kollektor fließt ein Strom (I_C) h_FE mal dem Strom (I_B) proportional zur Basis-Emitter-Spannung (V_BE), die durch die Eingangsspannung e und die Vorspannung E₁ erzeugt wird. Dieser Kollektorstrom I_C fließt durch den Widerstand R_L, und an beiden Enden des Widerstands R_L entsteht eine Spannung von I_C x R_L. Schließlich wird die Eingangsspannung e in eine Spannung I_CR_L umgewandelt (verstärkt), die am Ausgang erscheint.
*h_FE: DC-Stromverstärkung des Transistors

Transistor-Mechanismus

Ein Transistor besteht aus einem PN-Übergang, bei dem Strom zwischen dem Kollektor und dem Emitter fließt, wenn Strom an die Basis angelegt wird.
Im Folgenden wird das Funktionsprinzip am Beispiel eines NPN-Transistors erläutert.
Wenn eine Vorwärtsspannung (V_BE) zwischen Basis und Emitter angelegt wird, fließen Elektronen (negative Ladung) im Emitter in die Basis, wo sich einige von ihnen mit Löchern (positive Ladung) verbinden, was zu einem extrem kleinen Basisstrom (I_B) führt.
Da die Basis (P-Typ-Halbleiter) strukturell dünn ist, entweichen viele der Elektronen, die vom Emitter in die Basis fließen, zum Kollektor.
Die Kollektor-Emitter-Spannung (V_CE) veranlasst Elektronen (positive Ladung), sich zur Kollektorelektrode zu bewegen und einen Kollektorstrom I_C zu erzeugen.
<Strom fließt in entgegengesetzter Richtung zur Bewegung der Elektronen>

【Bild der Transistorfunktion (NPN-Typ)】

NPN und PNP Transistoren

Es gibt zwei Haupttypen von Transistoren: NPN und PNP. Wie man in der Abbildung rechts sehen kann, besteht der Unterschied darin, ob der Kollektoranschluss im Stromkreis Strom aufnimmt oder abgibt.
Ein NPN-Typ mit normalem Emitter wird verwendet, wenn man durch Eingangssignale schalten will. Andererseits ist es üblich, einen PNP-Typ zu verwenden, wenn die Stromversorgung zur Steuerung verwendet wird.
NPN-Transistoren werden für positive Spannungen verwendet. PNP-Transistoren werden für negative Spannungen verwendet. Beim PNP-Typ ist die Spannung am Emitter positiv und an der Basis negativ, was dazu führt, dass Löcher im Emitter in die Basis fließen, von denen sich einige mit Elektronen in der Basis verbinden und einen kleinen Basisstrom bilden, während der Rest zum Kollektor entweicht und zum Kollektorstrom wird.

【NPN und PNP Typen】

Die Geschichte des Transistors

1. Entstanden 1948 in den Bell Telephone Laboratories

Die Erfindung des Transistors, die einen tiefgreifenden Einfluss auf die Elektronikindustrie hatte, wurde erstmals im Jahr 1948 entwickelt.
Dieser Moment markiert den Beginn des elektronischen Zeitalters. In den folgenden Jahren kam es zu einer raschen Entwicklung von Computern und anderen elektronischen Technologien. In Anbetracht der Tatsache, dass dieser Beitrag unser aller Leben bereichert hat, sollte es nicht überraschen, dass die drei Erfinder, die Physiker W. Shockley, J. Bardeen und W. Brattain, mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden.
Ich frage mich, ob es in Zukunft Erfindungen geben wird, die mit dem Transistor mithalten können... Auf jeden Fall ist klar, dass der Transistor einen revolutionären Einfluss auf die moderne Welt hatte.

2. Von Germanium zu Silizium

Transistoren wurden ursprünglich aus einer Substanz (Halbleiter) namens Germanium hergestellt.
Germanium hat jedoch den Nachteil, dass es bei etwa 80 °C zerfällt, so dass der größte Teil nun aus Silizium besteht. Silizium kann übrigens bis zu 180°C Hitze aushalten.

Transistortypen