Was ist genau die Aufgabe eines Transistors?
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6 Antworten
Es gibt verschiedene Transistoren die unterschiedliche Aufgaben haben. Aber im Grunde tun alle das selbe. Bei einen Transistor handelt es sich um einen elektronischen Schalter man unterscheidet im Grunde erstmal zwischen Bipolar Transistoren und den Feldeffekttransistoren FET zu denen auch die MOSFET gehören, die Metal Oxide Feldeffekttransistoren.
Der Vorteil der Feldeffekttransistoren ist der, dass dieser einen Schaltvorgang LEISTUNGSLOS auslösen kann. Daher ist dieser Transistor auch so beliebt bei der Herstellung von Prozessoren was unglaublich an Strom spart außerdem können dadurch mehrere Transistoren auf kleinerem Raum gepackt werden, da die Wärmeentwicklung nicht mehr so groß ist als bei der Verwendung von Bipolartransistoren.
Der Transistor hat die Fähigkeit nicht nur einen Schaltvorgang auszulösen sondern auch elektrische Signale zu verstärken. Sie werden daher auch für die Verstärkung von Ton in Verstärkerschaltungen verwendet.
Wenn wir uns das Bauteil anschauen besteht der Transistor aus 3 Beinchen und die Bauform ist unterschiedlich. Hier ein Beispiel für einen Transistor:
Die Beinchen haben die Namen Emitter, Collector und Basis. Vereinfacht gesagt steuert der Steuerstrom welcher durch die Basis und den Emitter des Transistors fließt den Transistor an welcher dann den Strom welcher durch den Collector zum Emitter fließt um den Verstärkungsfaktor des Transistors verstärkt. Der Verstärkungsfaktor ist dabei von Transistor zu Transistor unterschiedlich.
Der Steuerstrom ist der Strom IB der in die Basis des Transistors hineinfließt. Der Strom IC wird dann um den Verstärkungsfaktor des Transistors verstärkt. Erreicht wird dieses Physikalische Verhalten des Transistors durch die aktive Verunreinigung von Halbleitermaterialien wie Silizium und Germanium. Durch das herumexperimentieren mit dem Ligieren von Halbleitermaterialien sind auch schon ganz andere Bauteile entstanden. Es fing mit der einfachen Diode an, Dann kam die LED, die Photodiode, Thyristor, Varistor, DIAC, TRIAC und wie sie nicht alle heißen. Darunter fallen eben auch die Bipolartransistoren und die Feldeffekttransistoren. Als Halbleiter wurden hauptsächlich Silizium und Germanium verwendet. Bei diesen Transistor reicht schon ein kleiner Steuerstrom IB aus um einen für einen großen verstärkten Strom IC zu sorgen. Fließt ein kleiner IB fließt auch ein kleinerer Strom IC aber immer noch um den Verstärkungsfaktor größer als IB Wenn nun z.b. ein Strom von einem Ton Signal als IB hineinfließt, macht der Strom IC genau das selbe wie IB nur eben von der größe des Stroms her größer als IB und zwar eben um den Verstärkungsfaktor.
Bei einen Feldeffekttransistor ist es etwas anders. Die Beinchen heißen nicht mehr Basis, Emitter und Collector sondern Source, Gate und Drain. Für einen Schaltvorgang wird der Feldeffekt ausgenutzt. Der Feldeffekt ist der Effekt von Ladungsträgern wie den negativen Ladungsträgern den Elektronen. Dabei nutzt der Transistor die Tatsache aus, dass ein Elektron die Ursache des Elektrischen Feldes ist. Das heißt wenn ein Elektron im Raum beobachtet wird, kann man feststellen, dass ein elektrisches Feld radial in alle Richtungen verläuft.
ist die Anzahl der Elektronen auf der einen Seite größer als auf der anderen Seite spricht man bei der einen Seite mit den vielen Elektronen von einen Elektronenüberschuss. Bei der anderen Seite spricht man von einen Elektronenmangel. Von der Seite mit dem Elektronenmangel wirkt nun ein elektrisches Feld auf die Seite mit den Elektronenüberschuss und zieht diese an. Dies passiert einfach aufgrund der ungleichen Verteilung von Ladungsträgern.
Am Gate wird nun eine Spannung angelegt. Wir haben also auf einer Seite einen Elektronenmangel und auf der anderen Seite ein Elektronen Überschuss. Das nennen wir Spannung. Der dadurch entstehende Feldeffekt öffnet bzw schließt nun den Kanal zwischen Source und Drain je nach dem ob der Transistor ein Anreicherungs- oder ein Verahmungstyp ist.
Da es reicht einfach nur eine Spannung anzulegen, wird passiert der Schaltvorgang an sich Leistungslos, den P=U*I. und irgendwas Multipliziert mit 0 ist 0. Also Leistungslos.
Der Transistor kann den Strom allerdings nicht beliebig hoch Verstärken. Ab einer bestimmten Verstärkung ist die maximale Verstärkung des Stromes erreicht und ein weiterer Basis/Emitter Strom bzw eine weitere Erhöhung der Gate Spannung führt zu keiner weiteren Verstärkung. Ab da wirkt der Transistor maximal wie ein Schalter.
Ein Transistor ist eine Stromgesteuerte Stromquelle.
Also bei mehr Stromfluss an einem Anschluss, mehr Strom am anderen Anschluss durchlassen.
Ist eigentlich nur ein Elektronischer Schalter , je nach Typ und Ausführung . Darlington Transistoren allerdings verstärken um ein Vielfaches . Es gibt sehr gute Bücher über das Thema Elektronik .
So zu funktionieren, wie ein Transistor funktionieren soll.
In dem Zusammenhang müsste auch mal genauer hinterfragt werden, warum es Millionen von denen geben muss! Warum genügen nicht 50 PNP und 50 NPN Transistoren, warum muss die angebliche Stromverstärkung so extrem minimal unterschiedlich sein.
Warum fragt niemand solcherlei?
Ein Transinstor kann einerseits als Schaltelement arbeiten, zum anderen als Verstärker.
Der Einsatz als Schaltelement ist nur ein Speziallfall der Stromverstärkung.