Lexikon

Transstor

[
der; Kunstwort aus englisch transfer resistor
]
Bardeen, J., Brattain, W.H., Shockley, W.
John Bardeen, Walter H. Brattain und William Shockley
John Bardeen (links), William Shockley (Mitte) und Walter H. Brattain (rechts) erhielten 1956 den Nobelpreis für Physik.
meist dreipoliges, aktives elektronisches Halbleiterbauelement mit der Fähigkeit elektrische Signale zu verstärken oder als Schalter zu wirken; wichtiges Bauelement der Elektronik, das zum Aufbau elektronischer Schaltungen für einen sehr großen Frequenzbereich eingesetzt wird, sowohl als einzelnes (diskretes) Bauelement als auch in integrierter Form in mikroelektronische Schaltkreisen. Das Prinzip des Transistors wurde von den Amerikanern J. Bardeen und W. H. Brattain 1948 entdeckt und von W. Shockley physikalisch gedeutet.
Transistoren bestehen aus Schichten verschieden dotierten Siliciums bzw. Germaniums mit mindestens drei Elektroden: n-Silicium ist mit einigen Fremdatomen Arsen oder Antimon versetztes Silicium, das dadurch einen Überschuss an Elektronen besitzt und elektrisch leitfähig ist (Elektronenleitung, n-Leitung); p-Silicium enthält Zusätze an Indium oder Gallium und wird durch Elektronenmangel leitfähig (Löcherleitung, p-Leitung). Man unterscheidet grundsätzlich bipolare und unipolare Transistoren. Bei bipolaren Transistoren sind beide Ladungsträgerarten (Elektronen und Löcher) für ihre Funktion notwendig, bei unipolaren Transistoren dagegen nur eine Ladungsträgerart. Der gebräuchliche bipolare npn-Transistor besteht aus drei Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit. Die äußeren Zonen und ihre Anschlüsse werden als Kollektor (C) und Emitter (E) bezeichnet, die mittlere, wesentlich dünnere als Basis (B). Halbleiter.

Wirkungsweise

Wird der Kollektor eines npn-Transistors mit dem Pluspol und der Emitter mit dem Minuspol einer Batterie verbunden, ist der pn-Übergang zwischen Basis und Emitter in Durchlassrichtung geschaltet; dagegen verarmt der pn-Übergang zwischen Basis und Kollektor an Ladungsträgern und wird zur Sperrschicht: Die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors wirkt wie ein hoher Widerstand. Wird jedoch zusätzlich die Basis mit Hilfe einer zweiten Batterie an eine positive Spannung (gegenüber Emitter) gelegt, so wandern Elektronen vom Emitter zur Basis, wovon ein geringer Teil (ca. 1%) in den Basiskreis abfließt, der Großteil (99%) aber die Sperrschicht erreicht und diese leitfähig macht: Die Folge des schwachen Basis-Emitter-Stromes ist ein ca. 100-mal stärkerer Strom im Kollektor-Emitter-Kreis. Mit Hilfe eines Transistors lassen sich somit große Ströme mit kleinen steuern bzw. schalten.
Ein Feldeffekttransistor (FET) oder Unipolartransistor besteht aus einem halbleitenden Grundkristall, in den zwei Zonen eines entgegengesetzt leitenden Materials eindiffundiert sind. Die mittlere Zone der Kanal wird durch ein elektrisches Feld gesteuert. Ist der Grundkristall n-leitend, spricht man von einem n-Kanal-FET, ist er p-leitend, handelt es sich um einen p-Kanal-FET. Der zwischen den Anschlusselektroden Source (Quelle) und Drain (Senke) fließende Strom nur einer Ladungsträgerart wird über eine vom Kanal isolierte, als Gate (Tor) bezeichnete Steuerelektrode beeinflusst. Die Isolation der Gateelektrode kann durch eine Sperrschicht (pn-Übergang) erfolgen (Sperrschicht- oder Junction-FET, Abkürzung SFET oder JFET) oder durch eine Isolierschicht (IGFET, Abkürzung für englisch Isolated Gate FET), meist eine Metalloxidschicht (MOSFET). Kennzeichnend für alle FET ist der sehr hohe Eingangswiderstand und die damit verbundene nahezu leistungslose Steuerung.
Die Vorteile des Transistors gegenüber der herkömmlichen Elektronenröhre sind u. a. seine geringe Größe, seine mechanische Unempfindlichkeit, die meist niedrige Betriebsspannung sowie niedrige Herstellungskosten. Bei entsprechender Ansteuerung können Transistoren als kontaktlose Schalter verwendet werden: Sie schalten schnell und geräuschlos, sind wartungsfrei, Platz sparend und besitzen eine hohe Lebensdauer. Anwendungsgebiete sind: Audio- und Videotechnik (Radio, Fernsehen, HiFi), Computertechnik, Weltraumfahrt; ferner werden sie in Hörgeräten, Belichtungs- und Temperatursensoren, Ladegeräten und Blinkern eingesetzt.
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