Transistor – Grundlagen und Arbeitspunkteinstellung

Wie bereits im Einführungsartikel zum Trema Transistoren erwähnt, werden Transistoren zum Verstärken und Schalten von Signalen verwendet.

In den nächsten Videos wird es vor allem um die Verwendung des Transistors als Verstärker gehen.

Zunächst einmal wird im heutigen Gastvideo die Funktionsweise von Bipolartransistoren und die typischen Kennlinienfelder erläutert.

Zu Beginn des Videos wird gezeigt, wie Transistoren aus unterschiedlichem Halbleitermaterial aufgebaut sind.

Dotierte Halbleiter als Grundmaterial für Transistoren

Bei den meisten Transistoren wird als Halbleitergrundmaterial Silizium verwendet.

Das 4-wertige Silizium wird auf zwei unterschiedliche Arten dotiert.

Hierzu nimmt man entweder 3-wertiges Material und erhält dann sogenannten  p-dotiertes Halbleitermaterial, in dem die Löcher überwiegen.

Die zweite Möglichkeit der Dotierung ist die Verwendung von 5-wertigem Material, zur Erzeugung von sogenanntem n-dotierten Halbleitermaterial, in dem die Elektronen überwiegen.

Der Aufbau von Bipolartransistoren

Das unterschiedlich dotierte Material kann man nun auf zwei Arten zusammenbringen und erhält so entweder einen npn oder einen pnp Transitor mit den Anschlüssen Basis, Kollektor und Emitter.

Zwischen Basis und Kollektor bzw. Basis und Emitter erhält man jeweils einen pn-Übergang.

Leitungsvorgang am Beispiel des npn Transistors

Im heutigen Video wird die Funkionsweise am Beispiel eines npn-Transistors erklärt.

Wenn der pn-Übergang der Basis-Emitter-Strecke durch das Anlegen einer Spannung abgebaut ist, wird die Kollektor-Emitter-Strecke leitend. Anschließend können Elektronen vom Emitter zum Kollektor fließen.

Nach der grundsätzlichen Funktionsweise wird die Schaltung in LTSpice nachgebaut und erläutert.

Im Video werden die wichtigen Kennlinien Einganskennlinie, Stromsteuerkennlinie und das Ausgangskennlinienfeld mit den charakterisierenden h-Parametern aufgenommen.

Bei der Abhängigkeit des Kollektorstroms vom Basisstrom sieht man die annähernd lineare Abhängigkeit.

Die Stromsteuerkennlinie, die die Abhängigkeit des Kollektorsstroms vom Basisstroms beschriebt ist also eine Gerade.

Man sieht hier sehr schön, dass der Transistor ein Stromverstärker ist.

Verstärkungsfaktoren liegen bei Kleinsignaltransistoren bei ca. 200 –300.

Wie geht’s weiter

Wie am Ende des Videos gezeigt wird, können geeignete Arbeitspunkte mit Hilfe von Widerständen eingestellt werden.

In den nächsten Folgen wird anhand der Transistor-Grundschaltungen gezeigt, wie das genau funktioniert.

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