Aufbau und Funktionsweise von Transistoren

Der NPN-Transistor besteht aus zwei n-leitenden Schichten, zwischen denen eine dünne p-leitende Schicht liegt. Im Gegensatz dazu hat der PNP-Transistor zwei p-leitende Schichten mit einer dünnen n-leitenden Schicht dazwischen.

Ein Transistor funktioniert im Prinzip wie zwei entgegengesetzt geschaltete Halbleiterdioden. Die Anschlüsse eines NPN-Transistors sind Emitter (N), Basis (P) und Kollektor (N).

Example: In einer einfachen Emitter-Schaltung wird der Emitter an Minus, der Kollektor an einen Verbraucher (z.B. eine Lampe) und der Verbraucher an Plus angeschlossen.

Die Funktionsweise eines Transistors basiert auf der Steuerung des Stromflusses zwischen Emitter und Kollektor durch eine kleine Spannung an der Basis. Wenn eine positive Spannung an die Basis angelegt wird, werden Elektronen vom Emitter angezogen und beschleunigt.

Highlight: Die dünne Basis ermöglicht es den meisten Elektronen, sie zu durchqueren und in den Kollektor zu gelangen, was den Hauptstromfluss durch den Transistor ermöglicht.

Der Verstärkungsfaktor eines Transistors ergibt sich aus dem Verhältnis der Elektronen, die zur Basis abfließen, zu denen, die den Kollektor erreichen. Dieses Verhältnis bleibt über einen großen Bereich konstant und ermöglicht die charakteristische Verstärkungswirkung des Transistors.

Definition: Verstärkungsfaktor - Das Verhältnis zwischen dem Kollektorstrom und dem Basisstrom in einem Transistor, das die Verstärkungsleistung des Bauteils angibt.

Innerer Aufbau und Funktionsweise einer Halbleiterdiode

Eine Halbleiterdiode ist ein elektronisches Bauelement, das aus zwei unterschiedlich dotierten Schichten desselben Grundmaterials besteht. Der Aufbau umfasst einen n-Halbleiter und einen p-Halbleiter sowie den Bereich zwischen beiden Schichten, den sogenannten p-n-Übergang.

Die Entstehung der Sperrschicht in der Diode lässt sich durch das Fehlen freier Ladungsträger erklären. In der Sperrrichtung Diode sind im mittleren Bereich weder Elektronen im n-Gebiet noch freie Löcher im p-Gebiet vorhanden, was zur Bildung der Sperrschicht führt.

Definition: Die Sperrschicht ist ein Bereich in der Diode, in dem keine freien Ladungsträger verfügbar sind, was den Stromfluss in Sperrrichtung verhindert.

Die Gegenspannung in der Diode entsteht durch den Konzentrationsausgleich der Ladungsträger am p-n-Übergang. Dieser Prozess, auch als Diffusion bekannt, führt dazu, dass Elektronen vom n- in den p-Bereich wandern und dabei die "Löcher" im p-Bereich auffüllen.

Highlight: Die Diffusionsspannung, die sich bei diesem Vorgang aufbaut, stoppt den weiteren Ladungsträgeraustausch und stellt einen Gleichgewichtszustand her.

Example: Bei Silizium-Dioden stellt sich dieser Gleichgewichtszustand bei etwa 0,6 bis 0,7 Volt ein, abhängig von der Dotierung.