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Elektrotechnik - Grundlagen Seite 24

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4.1 Bauelement Transistor


Transistoren gehören zu den Halbleitern. Halbleiter besitzen spezielle elektrische Eigenschaften und werden z.B. in elektronischen Steuerungen eingesetzt.
Wichtige Halbleiter sind neben den Transistoren die Dioden, Thyristoren und integrierte Schaltkreise (IC´s).
Die Grundwerkstoffe für Halbleiterbauelemente sind Germanium und Silicium in reiner Kristallform. Beide Stoffe weisen eine nur sehr geringe elektrische Leitfähigkeit auf und sind elektrisch 4wertig. Damit sie eine gute elektrische Leitfähigkeit erhalten, werden sie genau dosiert "verunreinigt".
Diese "Verunreinigung" geschieht entweder mit chemisch 3wertigen Werkstoffen wie z.B. Indium, man spricht dann von einer sogenannten P-Dotierung oder mit chemisch 5wertigen Werkstoffen wie z.B. Antimon. In diesem Fall spricht man von einer N-Dotierung.
Die elektrische Leitfähigkeit ergibt sich durch einen Elektronenüberschuss der N-Dotierung und einem Elektronenmangel im Kristallgitter der P-Dotierung. Fügt man die beiden Werkstoffe zusammen und legt eine Spannung an (Minuspol am N-Halbleiter - Pluspol am P-Halbleiter), fließt ein elektrischer Strom durch die Elektronenbewegung vom N-Halbleiter zum P-Halbleiter (von der Elektronenüberschussseite zur Elektronenmangelseite). Bei umgekehrter Polung kann kein Strom fließen, da im P-Halbleiter Elektronenmangel besteht.
Ein Transistor besteht aus drei Halbleiterschichten und wird in zwei verschiedenen Dotierungsfolgen hergestellt:

Grafik 25: Dotierungsfolge N - P - N (= NPN-Transistor)



Grafik 26: Dotierungsfolge P - N - P (= PNP-Transistor):




An jede Halbleiterschicht des Transistors wird eine Elektrode angeschlossen: äußere Elektroden C (Kollektor und E (Emitter)), innere Elektrode B (Basis) mit der der Strom zwischen Emitter und Kollektor gesteuert werden kann. Wenn zwischen Basis und Emitter keine Steuerspannung angelegt wird, ist die Emitter-Kollektor-Strecke stromdurchlässig, da durch den Basisstrom die Sperrwirkung des PN-Übergangs aufgehoben wird und ein Strom zwischen Kollektor und Emitter fließen kann.

So ist es möglich, dass man mit Transistoren auf einfache Weise elektrische Verstärker mit kleiner elektrischer Eingangsleistung und großer elektrischer Ausgangsleistung bauen kann, weil der Steuerstrom IB z.B. nur 1/100 des Wertes des gesteuerten Stroms IC (bzw. - IC) beträgt.

Thyristoren und Dioden haben im Prinzip die gleiche Funktionsweise.

Mit Thyristoren werden z.B. steuerbare Gleichstromquellen aufgebaut (-> Gleichstromverstärker für Antriebe).

IC's können komplette Verstärkerschaltungen, digitale Rechenbausteine, Speicher oder Speicherbausteine enthalten.



 

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