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Wie funktioniert ein Transistor?

Date:2018/9/4 17:31:00 Hits:

Der Transistor wurde von William Shockley in 1947 erfunden. Ein Transistor ist ein Drei-Terminal-Halbleiter-Gerät, das für Schaltanwendungen verwendet werden kann, Verstärkung von schwachen Signalen und in Mengen von Tausenden und Millionen von Transistoren sind miteinander verbunden und eingebettet in eine winzige integrierte Schaltung / Chip, die einen Computer Speicher macht.



Bipolar-Transistor-Typen


Was ist Transistor?
Der Transistor ist eine Halbleitervorrichtung, die als ein Signalverstärker oder als ein Festkörperschalter funktionieren kann. Der Transistor kann als zwei pn-Übergänge betrachtet werden, die Rücken an Rücken angeordnet sind.

Die Struktur hat zwei PN-Übergänge mit einem sehr kleinen Basisbereich zwischen den beiden äußeren Bereichen für Kollektor und Emitter. Es gibt drei Hauptklassifizierungen von Transistoren mit jeweils eigenen Symbolen, Eigenschaften, Design-Parametern und Anwendungen.


Bipolarer Verbindungstransistor
BJTs werden als strombetriebene Geräte angesehen und haben eine relativ niedrige Eingangsimpedanz. Sie sind als NPN- oder PNP-Typen verfügbar. Die Bezeichnung beschreibt die Polarität des zur Herstellung des Transistors verwendeten Halbleitermaterials.

Die Pfeilrichtung im Symbol des Transistors zeigt die Richtung des Stromes an. Beim NPN-Typ kommt der Strom also aus dem Emitteranschluss heraus. Während in PNP der Strom in den Emitter geht.


Feldeffekttransistoren
FETs werden als spannungsgesteuerte Vorrichtungen bezeichnet, die eine hohe Eingangsimpedanz haben. Feldeffekttransistoren werden ferner in zwei Gruppen eingeteilt, Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFET) und Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET).

Feldeffekttransistoren


Metalloxidhalbleiter-FET (MOSFET)
Ähnlich dem obigen JFET, außer dass die Eingangsspannung kapazitiv mit dem Transistor gekoppelt ist. Das Gerät hat einen geringen Stromverbrauch, wird jedoch durch statische Entladung leicht beschädigt.

MOSFET (nMOS und pMOS)


Isolierter Gate-Bipolartransistor (IGBT)
IGBT ist die neueste Transistorentwicklung. Dies ist ein Hybridgerät, das Eigenschaften des BJT mit dem kapazitiv gekoppelten und dem NMOS / PMOS-Bauelement mit hochohmigem Eingang kombiniert.

Isolierter Gate-Bipolartransistor (IGBT)


Wie Transistor funktioniert - Bipolar Junction Transistor?
In diesem Artikel besprechen wir die Funktionsweise von Bipolar-Transistoren. Der BJT ist ein Drei-Leiter-Gerät mit einem Emitter-, einem Kollektor- und einem Basis-Kabel. Grundsätzlich ist das BJT ein strombetriebenes Gerät. Zwei PN-Übergänge existieren innerhalb eines BJT.

Ein PN-Übergang existiert zwischen dem Emitter und dem Basisbereich, ein zweiter besteht zwischen dem Kollektor und dem Basisbereich. Ein kleiner Strom-Emitter-zu-Basis-Strom (Basisstrom gemessen in Mikroampere) kann einen vernünftig großen Stromfluss durch die Vorrichtung vom Emitter zum Kollektor steuern (der Kollektorstrom wird in Milliampere gemessen).

Bipolartransistoren sind in Bezug auf ihre Polaritäten komplementär verfügbar. Das NPN weist einen Emitter und einen Kollektor aus N-Typ-Halbleitermaterial auf und das Basismaterial ist das P-Typ-Halbleitermaterial. In PNP sind diese Polaritäten hier einfach umgekehrt, der Emitter und Kollektor sind P-Typ-Halbleitermaterial und die Basis ist N-Typ-Materialien.

Die Funktionen von NPN- und PNP-Transistoren sind im Wesentlichen gleich, aber die Polaritäten der Stromversorgung sind für jeden Typ umgekehrt. Der einzige Hauptunterschied zwischen diesen beiden Typen besteht darin, dass der NPN-Transistor eine höhere Frequenzantwort als der PNP-Transistor hat (weil der Elektronenfluss schneller ist als der Lochfluss). Daher werden in Hochfrequenzanwendungen die NPN-Transistoren verwendet.

Bei einem üblichen BJT-Betrieb ist der Basis-Emitter-Übergang in Durchlaßrichtung vorgespannt, und der Basis-Kollektor-Übergang ist in Sperrrichtung vorgespannt. Wenn ein Strom durch die Basis-Emitter-Verbindung fließt, fließt auch ein Strom in der Kollektorschaltung. Dies ist größer und proportional zu demjenigen in der Basisschaltung.

Um zu erklären, auf welche Weise dies geschieht, wird das Beispiel eines NPN-Transistors genommen. Die gleichen Prinzipien werden für den pnp-Transistor verwendet, außer dass der Stromträger Löcher statt Elektronen ist und die Spannungen umgekehrt sind.



Betrieb eines BJT
Der Emitter der NPN-Vorrichtung besteht aus einem n-Typ-Material, daher sind die Majoritätsladungsträger Elektronen. Wenn der Basis-Emitter-Übergang in Durchlassrichtung vorgespannt ist, bewegen sich die Elektronen von der n-Typ-Region in Richtung der p-Typ-Region und die Löcher bewegen sich in Richtung der n-Typ-Region.

Wenn sie sich erreichen, kombinieren sie, dass ein Strom über die Kreuzung fließen kann. Wenn die Verbindung in Sperrrichtung vorgespannt ist, bewegen sich die Löcher und Elektronen von der Verbindungsstelle weg, jetzt bildet sich zwischen den beiden Bereichen eine Verarmungszone aus und es fließt kein Strom.

Wenn ein Strom zwischen der Basis und dem Emitter fließt, verlassen Elektronen den Emitter und fließen in die Basis, wie im obigen Diagramm gezeigt. Im Allgemeinen würden die Elektronen kombinieren, wenn sie die Verarmungsregion erreichen.

BJT NPN Transistor Vorspannungsschaltung


Allerdings ist das Dotierungsniveau in dieser Region sehr niedrig und die Basis ist auch sehr dünn. Dies bedeutet, dass die meisten Elektronen in der Lage sind, diesen Bereich zu durchqueren, ohne mit den Löchern zu rekombinieren. Dadurch driften die Elektronen zum Kollektor (wegen des positiven Potentials des Kollektors).

Auf diese Weise sind sie in der Lage, über eine tatsächlich in Sperrrichtung vorgespannte Verbindung zu fließen, und Strom fließt in der Kollektorschaltung.

Es zeigt sich, dass der Kollektorstrom signifikant höher ist als der Basisstrom und da der Anteil der Elektronen, die sich mit den Löchern kombinieren, gleich bleibt, ist der Kollektorstrom immer proportional zum Basisstrom.

Das Verhältnis von Basis- zu Kollektorstrom ist mit dem griechischen Symbol β angegeben. Typischerweise kann das Verhältnis β zwischen 50 und 500 für einen kleinen Signaltransistor liegen.

Dies bedeutet, dass der Kollektorstrom zwischen 50 und 500 mal größer ist als der des Basisregionstroms. Für Hochleistungstransistoren ist der Wert von β wahrscheinlich kleiner, wobei 20-Werte nicht ungewöhnlich sind.


Transistor-Anwendungen

1. Die häufigsten Anwendungen von Transistoren umfassen analoge und digitale Schalter, Leistungsregler, Multivibratoren, verschiedene Signalgeneratoren, Signalverstärker und Gerätesteuerungen.


2. Transistoren sind die Grundbausteine ​​der integrierten Schaltkreise und der aktuellsten Elektronik.


3. Eine Hauptanwendung des Transistors sind die Mikroprozessoren, die immer wieder mehr als eine Milliarde von Transistoren in jedem einzelnen Chip umfassen.



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