Elektrotechnische Frage: NPN-Transistor | Astronomie.de - Der Treffpunkt für Astronomie

Elektrotechnische Frage: NPN-Transistor

Emissionsnebel

Mitglied
Hallo,
mal etwas Off-Topic, aber technische Fragen dieser Art passen ja vielleicht doch entfernt hier irgendwo hin.

Ich habe ein Verständnisproblem zur Funktionsweise eines NPN-Transistors.
Wie kann es überhaupt zu Stromfluss kommen? Denn selbst bei ausreichendem Basisstrom, ist zwar die Basis-Emitter-Sperrschicht verschwunden, aber die Basis-Kollektor Sperrschicht ist ja sehr wohl noch da. Wie kommen die Elektronen aus dem Emitter jetzt dadurch zum Kollektor?
Eigentlich habe ich die Antwort schon gefunden, verstehe sie aber nicht ganz. Auf Wikipedia steht dazu nur das hier: "Die meisten Elektronen (ca. 99 %) diffundieren durch die Basis in die Kollektor-Basis-Sperrschicht, der Basis-Kollektor-Übergang wird in Sperrrichtung betrieben. Dort driften sie wegen des großen Potentialabfalls (UCB > 0) in den Kollektor (lat. colligere = sammeln). In Form des Kollektorstroms IC fließen somit Elektronen vom Emitter in den Kollektor."
Was ist denn mit Potentialabfall gemeint? Ich kenne Potential im elektrotechnischen Sinn als Spannungsdifferenz, aber das passt doch hier garnicht. Und der zweite Punkt: Der Basisteil der Sperrschicht, der ja aus negativen Atomkernen besteht, müsste doch die Elektronen abstoßen, was die Elektronen daran hindern würde in die Kollektor-Basis-Sperrschicht zu diffundieren. Oder nicht?

Als wir das Thema vor zwei Jahren in der Schule hatten, war die Erklärung so, dass einfach so viele Elektronen vom Emitter in die Basis fließen, dass sie die Sperrschicht "unterwandern". Diese Erklärung befriedigt mich nicht. Wie soll das denn gehen?

Also, zwar keine astronomische Frage, aber hier sind ja zum Glück viele schlaue Menschen, vielleicht kann mir ja jemand weiterhelfen.:)

Viele Grüße
Kalle
 

Sagittarius_A*

Mitglied
Hallo Kalle,

Grundsätzlich ist ein NPN Transistor ja sehr simpel aufgebaut. Jeweils eine n dotierte Schicht an Kollektor und Emitter und dazwischen eine p dotierte Schicht an der Basis.
Also:

-|n|p|n|-

Du kannst dir die daraus folgenden zwei p-n Übergänge wie zwei Dioden in gegengeschaltete Richtung vorstellen:

.....................B
E ----|<|---'---|>|---- K

Dadurch kann kein Stromfluss zwischen Emitter und Kollektor zustande kommen solange nur Emitter und Kollektor angeschlossen sind.
Erst wenn du die Basis versorgst wird der Transistor leitend.
Du kannst dir die Basis im Prinzip wie ein Ventil vorstellen, das den Stromfluss regelt.

Genau funktioniert das dann so:
Beim Anlegen einer Spannung zwischen Basis und Emitter wird die gedachte Diode zwischen Basis und Emitter leitend. Dazu reicht eine Spannung von Ube=0,7V (Diffusionsspannung von Silizium). Die Sperrzone zwischen Basis und Emitter fällt und somit können Elektronen vom Emitter in die schmale p-dotierte Schicht der Basis vordringen.
Liegt dann am Kollektor noch ein hohes positives Potenzial an wie zB. Uc=45V werden die Elektronen gleich vom Kollektor "angesaugt". Die Potenzialdifferenz zwischen Kollektor und Basis ist dabei einfach Ucb=Uc-Ube, also in unserem Fall 45V-0,7V=44,3V.
Diese vergleichsweise hohe Spannung reicht im Verbund mit dem elektrischen Feld, das durch die unterschiedliche Dotierung zwischen Kollektor und Basis vorhanden ist und die Elektronen zum driften bringt, um beinahe alle Elektronen vom Emitter zum Kollektor zu bringen. Üblicherweise gelangen dadurch etwa 99% der Elektronen von Emitter zu Kollektor und nur 1% zur Basis. Der Transistor ist somit sehr effizient und beliebt in der Elektronik.


Hoffe ich habe das einigermaßen verständlich und richtig erklärt. Muss immer ein bisschen aufpassen mit physikalischer und technischer Stromrichtung, da genau umgekehrt.

Gruß,
Florian
 

Emissionsnebel

Mitglied
Liegt dann am Kollektor noch ein hohes positives Potenzial an wie zB. Uc=45V werden die Elektronen gleich vom Kollektor "angesaugt". Die Potenzialdifferenz zwischen Kollektor und Basis ist dabei einfach Ucb=Uc-Ube, also in unserem Fall 45V-0,7V=44,3V.
Diese vergleichsweise hohe Spannung reicht im Verbund mit dem elektrischen Feld, das durch die unterschiedliche Dotierung zwischen Kollektor und Basis vorhanden ist und die Elektronen zum driften bringt, um beinahe alle Elektronen vom Emitter zum Kollektor zu bringen. Üblicherweise gelangen dadurch etwa 99% der Elektronen von Emitter zu Kollektor und nur 1% zur Basis.

Ah, super! Vielen Dank, das war der Teil, den ich noch nicht so ganz hatte. Ich hab nicht bedacht, dass am Kollektor ja auch eine positive Spannung anliegt, die die Elektronen anzieht. Und das dann sogar ausreicht, die durch die Sperrschicht zu befördern.

Danke Florian!
CS
Kalle
 
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