-Gehalten am 20.06.2018-Schriftliche Ausarbeitung
GFS
von
Lee
Klasse 10c
BipolarTransistor
Inhaltsverzeichnis
Leitfrage
Dioden
Dotieren – Wiederholung
Historie
Bipolartransistor
Aufbau
Funktionsweise
Grundschaltungen
Transistor als Verstärker (NF)
Transistor als Stromverstärker
Transistor als Schalter
Darlington-Schaltung
Transistoren – Heute
Quellen
Leitfrage
Was ist ein Bipolar Transistor?
Bevor ich näher auf diese Frage eingehe, bitte ich Sie von der Vorstellung des Feldeffekttransistors weg zu gehen. Das wird das Verstehen vom Bipolartransistor vereinfachen.
Viel wichtiger ist die Diodenfunktion. Der Bipolare Transistor macht sich nämlich diese Eigenschaften zu nutzen. Ich werde ihnen nun im Folgenden erklären wie eine Diode funktioniert. Denn die Funktion eines Transistors liegt der Funktion der Diode zugrunde.
Begriffsklärung: Außerdem werde ich im folgenden Text öfter den Begriff Löcher verwenden. Dieser steht für die gedachten positiven beweglichen Ladungsträger, welche den Gegensatz zu freien reellen Valenz-Elektronen bilden. Diese Löcher sind virtuell, also gedacht zur Veranschaulichung der Vorgänge in Halbleitern.
Sie transportieren in Wirklichkeit keine Ladung, sondern drücken das Fehlen einer Ladung aus.
Sperrschicht = Verarmungszone = Grenzschicht
Löcher = Defektelektronen
Dioden
Dioden sind Halbleiterbauteile und bestehen aus zwei Schichten einer P-Dotierten Schicht oder auch P-Schicht und einer N-Dotierten Schicht; N-Schicht.
Dotieren – Wiederholung
Dies wird erreicht durch Ersetzen von Silizium-Atomen im Silizium-Kristall durch Fremdatome. Bei der P-Dotierung werden beispielsweise Brom-Atome mit 3 Valenzelektronen benutzt. Es werden also Silizium-Atome durch Atome mit 3 VE ersetzt. Bei der N-Dotierung wird dies beispielsweise mit Phosphor-Atomen gemacht.
Diese sind im besitz von 5 Valenzelektronen.
Wenn man einen P-Halbleiter und einen N-Halbleiter in Kontakt bringt, so treten aufgrund der Wärmebewegung freie Elektronen aus dem N-Gebiet in das P-Gebiet und auch freie Löcher aus dem P-Gebiet in das N-Gebiet. Es kommt in der Grenzschicht der Materialien zu Rekombinationen, Elek.....[Volltext lesen]
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Bitte Dokument downloaden. Bipolar Transistor
Der heutige einfache Bipolartransistor ist in zwei Typen unterteilt. Der NPN-Transistor und der PNP-Transistor. Ich werde mich ausschließlich mit dem NPN-Transistor befassen, möchte jedoch darauf hinweisen, dass beide Typen der gleichen Technik zugrunde liegen und grundsätzlich ähnlich funktionieren.Kollektor
Der Transistor wird als Verstärker und Schalter ohne mechanisch bewegte Teile benutzt und wird durch einen elektrischen Strom gesteuert. Mit ihm kann man einen höheren Betriebsstrom mit einem kleineren Steuerstrom steuern.
AufbauBasis
Kollektor
Emitter
Der Transistor besteht aus drei dotierten Schichten. Wie der Name NPN schon sagt sind diese Schichten folgendermaßen angeordnet; N-Schicht (grün),P-Schicht (rot),N-Schicht (grün). Diese Anordnung besitzt zwei PN-Übergänge mit einer gemeinsamen P-Schicht. Wie bei einer Diode bilden sich auch hier Grenzschichten (grau), aufgrund von Rekombination.
Die drei dotierten Schichten haben je einen Kontakt (blau).
Diese nennen sich Emitter, Basis und Kollektor.
Funktionsweise
[Physikalische-Stromrichtung da physikalisches Prinzip erklärt wird]
Wenn man den Transistor in folgender Schaltung, der Emitterschaltung, betrachtet funktioniert er folgendermaßen. Wenn man eine Spannung UBE anlegt, welche größer als 0,7V ist, dann wird der untere PN-Übergang (Prinzip Diode) durchgesteuert. Die Elektronen werden vom Pluspol angezogen und gelangen .....
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Bitte Dokument downloaden. Dieser wird um den Verstärkungsfaktor β verstärkt.
Die Emitterschaltung wird verwendet als:
Niederfrequenzverstärker
Leistungsverstärker
Transistor als Stromverstärker
Prinzipschaltbild
Die Kollektorschaltung wie oben aufgebaut ist eine der 3 Grundschaltungen des (Bipolar) Transistors. Hierbei bilden Basis und Emitter den Steuerstromkreis sowie Emitter und Kollektor den Arbeitsstromkreis. Am Emitter kann man hin zum Grundpotential den verstärkten Steuerstrom abgreifen. Dieser wird um den Verstärkungsfaktor β verstärkt.
Die Kollektorschaltung wird verwendet als:
Stromverstärker
Bspw. Darlington-Schaltung
Transistor als Schalter
Die Basisschaltung wie oben aufgebaut ist eine der 3 Grundschaltungen des (Bipolar) Transistors. Hierbei bilden Emitter und Basis den Steuerstromkreis sowie Emitter und Kollektor den Arbeitsstromkreis. Am Kollektor kann man hin zum Grundpotential den geschaltenen Steuerstrom abgreifen.
Der Transistor arbeitet wie ein Schalter, der dann schaltet, wenn sein A.....
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Bitte Dokument downloaden. T2: [15.06.2018]
T2: [15.06.2018]
Bücher;
Hübscher; Szpanski: Elektrotechnik Fachbildung Kommunikationselektronik 1. Westermann, 1989
Beuth, Klaus: Bauelemente 13.Aufl. Vogel, 1991
Schlenzig, Stammler: Elektronikbasteln im Wohnbereich 2. Aufl. Militärverlag der Deutschen Demokratischen Republik, 1981
Seite 13:
Eigenständigkeitserklärung
Hiermit bestätige ich, dass ich diese Arbeit eigenständig verfasst habe und eigenständig erarbeitet wurden.
„Ich erkläre, dass ich die oben geführte Arbeit ohne fremde Hilfe angefertigt und nur die im Literaturverzeichnis aufgeführten Quellen und Hilfsmittel verwendet habe. Alle Stellen, die wortwörtlich oder dem Sinn nach anderen Publikationen oder Quellen entnommen sind, habe ich unter exakter Angabe der Quelle eindeutig gekennzeichnet.“
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Quellen & Links