Transistorgerät: kurz über die Physik der Klasse 11

Ein Transistor ist ein elektronisches Gerät, das eine wichtige Rolle in der modernen Elektronik spielt. Es wurde Mitte des 20. Jahrhunderts erfunden und wurde zu einer Schlüsselkomponente in einer Vielzahl von Geräten, von Radios bis hin zu Computern.

Das Transistorgerät basiert auf den Eigenschaften von Halbleitern. Es besteht aus drei Schichten: zwei Schichten mit dem Leitfähigkeitstyp n und eine Schicht mit dem Leitfähigkeitstyp p. Diese Struktur wird als p-n-Übergang bezeichnet.

Transistoren sind in zwei Haupttypen unterteilt: Bipolartransistoren (BT) und Feldtransistoren (PT). Ein Bipolartransistor besteht aus drei Schichten und ein Feldtransistor hat eine Struktur mit zwei Elektrodenpaaren.

Der Betrieb des Transistors basiert auf seiner Fähigkeit, elektrische Signale zu verstärken, zu pendeln und zu erzeugen. Es kann schwache elektrische Signale verstärken, einen großen Strom steuern und die Richtung des elektrischen Stroms ändern.

Transistoren sind in einer Vielzahl von Geräten weit verbreitet, einschließlich Computern, Telefonen, Fernsehern und vielen anderen. Das Erlernen der Vorrichtung und der Funktionsweise von Transistoren ist ein wichtiger Teil der Physik in der 11. Klasse.

Bestimmung und Zuweisung eines Transistors

Das Grundprinzip des Transistors basiert auf der Verwendung des Halbleiterübergangeffekts. Die Basis, der Emitter und der Kollektor sind über spezielle Zonen miteinander verbunden - Halbleiterübergänge.

Es gibt zwei Haupttypen von Transistoren: bipolar und Feldtransistoren. Ein Bipolartransistor hat zwei pn-Übergänge und kann für Verstärkung und Schlüsseloperationen verwendet werden. Ein Feldeffekttransistor hat auch drei Schichten, aber sein Grundprinzip unterscheidet sich von einem Bipolartransistor. Es wird hauptsächlich für Niederfrequenzsignalverstärker verwendet.

Transistoren werden häufig in der Elektronik verwendet und sind Schlüsselkomponenten vieler Geräte wie Radio, Computer, Mobiltelefone und andere elektronische Geräte. Sie ermöglichen es, elektrische Signale zu verstärken und zu steuern, was sie zu einem unverzichtbaren Element in der modernen Technologie macht.

Transistor als elektronisches Gerät

Die Arbeit des Transistors basiert auf einem besonderen Phänomen, das als Transistoreffekt bekannt ist. Dieser Effekt ermöglicht es Ihnen, den Strom in einem elektrischen Stromkreis mit einem anderen Strom oder einer anderen Spannung zu steuern. Der Transistor besteht aus drei Schichten aus Halbleitermaterial, die zwei Übergänge bilden: die Basis ist der Emitter und die Basis ist der Kollektor. Wenn ein elektrisches Signal an die Basis des Transistors gesendet wird, ändert sich der Strom in seinem Emitter- und Kollektorübergang, was zu einer Zunahme oder Abnahme des Stromkreises führt.

Transistoren haben viele Anwendungen. Sie werden im Radio und Fernsehen zur Verstärkung und Verarbeitung von Signalen, in Computern und Mikroprozessoren zur Durchführung von Rechenoperationen sowie in vielen anderen Bereichen der Elektronik verwendet. Dank Transistoren ist es möglich, Miniatur- und leistungsstarke Geräte zu erstellen, die sie zu unverzichtbaren Elementen der modernen Technik gemacht haben.

Struktur und Komponenten des Transistors

Ein Emitter ist die Schicht, in der Elektronen oder Löcher ausgegeben werden, und dient auch dazu, dem Transistor Strom zuzuführen. Es hat normalerweise eine große Konzentration von Verunreinigungen, um sicherzustellen, dass eine große Anzahl von Ladungsträgern injiziert wird.

Die Basis ist eine dünne Schicht, die den Emitter und den Kollektor trennt. Ein wichtiges Merkmal der Basis ist ihre geringe Konzentration von Verunreinigungen. Die Basis steuert die Leitfähigkeit zwischen Emitter und Kollektor, abhängig von der angelegten Spannung.

Ein Kollektor ist die Schicht, in der sich Elektronen oder Löcher sammeln. Es hat eine große Fläche und eine Konzentration von Verunreinigungen, um alle Ladungsträger, die durch die Basis eingedrungen sind, zu sammeln.

Daher ist der Transistor im Wesentlichen eine Vorrichtung, bei der der Strom zwischen Emitter und Kollektor mit Hilfe einer Basis gesteuert werden kann. Es wird in einer Vielzahl von elektronischen Geräten wie Radiosendern, Computern und vielen anderen verwendet.

Emitter, Basis und Kollektor

Der Emitter (E) ist die Quelle von Elektronen oder Löchern (abhängig von der Art des Transistors) und emittiert sie an die Basis (B). Es hat eine hohe Menge an Verunreinigungen, die einen effizienten Fluss von Elektronen oder Löchern ermöglicht.

Die Basis (B) ist der Steuerstift und reguliert den Fluss von Elektronen oder Löchern zwischen dem Emitter (E) und dem Kollektor (C). Die Anzahl der Elektronen oder Löcher, die durch die Basis verlaufen, wird durch die an die Basis zugeführte Spannung bestimmt.

Der Kollektor (C) sammelt Elektronen oder Löcher, die durch die Basis gegangen sind, und ist ihr endgültiges Ziel. Es ist ein ohmscher Anschluss, der Elektronen oder Löcher in eine externe Schaltung oder Schaltung führt.

Funktionsprinzip des Transistors

Das Funktionsprinzip eines Transistors basiert auf der Kontrolle des elektrischen Stroms, der durch das Gerät fließt. Je nach Transistortyp - npn oder pnp - werden Emitter, Basis und Kollektor auf unterschiedliche Weise miteinander verbunden.

Das Grundprinzip des Transistors besteht darin, den Strom im Basisbereich mit Hilfe des Ausgangsstroms im Emitterbereich zu überwachen. Wenn eine positive Spannung an die npn-Basis des Transistors angelegt wird (oder wenn eine negative Spannung an die pnp-Basis des Transistors angelegt wird), wird der Basisbereich für die Elektronen "transparent", und der Strom vom Emitter zum Kollektor kann frei fließen und sich verstärken.

Der Transistor kann in drei Modi betrieben werden: aktiv, Sättigung und Schnitt. Im aktiven Modus fließt der Kollektorstrom bei einer positiven Spannung an der Basis, bei der Sättigung bei dem maximal möglichen Kollektorstrom und im Schnitt bei Abwesenheit des Kollektorstroms.

Das Funktionsprinzip des Transistors ermöglicht die Verwendung in einer Vielzahl von elektronischen Geräten, von Radios und Verstärkern bis hin zu Computern und Chips. Es ist eines der Hauptelemente der modernen Elektronik.

Emitterstrom und Transienten

Transienten sind die Änderung der elektrischen Parameter eines Transistors beim Ein- und Ausschalten. Sie treten in den Base-Emitter-Übergängen (BE) und Base-Collector-Übergängen (BC) auf und beeinflussen die Zeiteigenschaften des Transistors.

Beim Einschalten des Transistors entstehen beim Einschalten des Transistors Ladungen und räumliche Ladungsbildung, was die Effizienz des Übergangs verringert und einen vorübergehenden Anstieg des Emitterstroms (Injektionseffekt) bewirkt. Wenn der Transistor ausgeschaltet wird, wird die angesammelten Ladungen getrennt, was zu einer vorübergehenden Erhöhung des Grundstroms führt.

Im BQ-Übergang wird beim Einschalten des Transistors die Ladungen vom Kollektor in die Basis zurückgespritzt, was die Effizienz des Übergangs verringert und einen vorübergehenden Anstieg des Kollektorstroms verursacht. Beim Ausschalten des Transistors erfolgt die Trennung der angesammelten Ladungen, was zu einer vorübergehenden Erhöhung des Kollektorstroms führt.