Dioden, LEDs und Transistoren – Transistoren

Setzt man zwei Dioden in umgekehrter Richtung aneinander, so entsteht ein neues Bauteil, ein Transistor. Transistoren werden in Geräten als Schalter und Verstärker eingesetzt. Ein Transistor besteht aus drei Schichten: Emitter, Basis und Kollektor. Die mittlere Schicht, die Basis, ist dünner als die beiden anderen. Man unterscheidet pnp- und npn-Transistoren, je nachdem welche Seiten sich berühren. Bei npn-Transistoren bestehen Emitter und Kollektor aus einer n-dotierten Schicht und die Basis aus einer p-dotierten Schicht. Zum Betrieb eines Transistors sind zwei Gleichspannungen erforderlich. Eine zwischen Emitter und Basis, der Basisstromkreis und eine zwischen Emitter und Kollektor, der Kollektorstromkreis. Der Minuspol beider Spannungen liegt am Emitter an. Die Elektronen aus dem Emitter werden vom Pluspol des Basisstromkreises zur Basis hingezogen. Da die Basis aber sehr dünn und gering dotiert ist, fließen die meisten Elektronen nicht über die Basis ab. Stattdessen gelangen sie in den Kollektor und werden zum Pluspol des Kollektorstromkreises gezogen. Die Stromstärke im Kollektorstromkreis ist also abhängig von der Spannung im Basisstromkreis, dabei aber um ein Vielfaches stärker. Betrachtet man als Kennlinie des Transistors ein Diagramm, bei dem auf der x-Achse die Basisspannung und auf der y-Achse die Kollektorstromstärke aufgetragen sind, so erkennt man diese Abhängigkeit des Kollektorstroms von der Basisspannung sehr deutlich. Man sieht drei unterschiedliche Bereiche. Im ersten Bereich fließt bis zu einem bestimmten Wert noch kein Strom. Emitter und Basis stellen eine Diode dar, die in Durchlassrichtung betrieben wird und bei der erst die Schwellspannung erreicht werden muss. Im zweiten Bereich beginnt der Kollektorstrom zu fließen. Der Anstieg des Kollektorstromes verhält sich proportional zur Basisspannung. In diesem Bereich kann die Basisspannung die Stärke des Kollektorstroms steuern. Im dritten Bereich ist die Emitterbasisstrecke einfach eine in Durchlassrichtung gepolte Diode, die den Strom durchlässt. Die Kennlinien verschiedener Transistoren variieren durch die spezifische Dotierung, die für die jeweilige Anwendung gewünscht ist. Hält man den zweiten Bereich möglichst breit und linear ansteigend, so kann eine kleine Änderung der Basisspannung eine große Änderung im Kollektorstrom verursachen. Der Transistor ist dann ein Verstärker. Ein Signal, zum Beispiel die von einem Mikrofon stammende Wechselspannung, wird somit verstärkt im Kollektorstromkreis wahrnehmbar, in dem dann ein Lautsprecher betrieben wird. Hält man den zweiten Bereich schmal und steil, so wird aus dem Transistor ein schneller Schalter. Die Basisspannung schaltet von kein Stromfluss auf ungehinderten Stromfluss um. Diese Anwendung ist die Basis aller Computer. Hier wird mit den Zuständen kein Strom gleich 0 und Strom gleich 1 gearbeitet.