Bipolartransistor auf Halbleiterebene
Einleitung
Wir haben bereits in die Grundfunktionen des Bipolartransistors verstanden. Mithilfe eines kleinen Stromes welcher in die Basis fließt, kann ein großer Strom, durch den Kollektor und Emitter, gesteuert werden.
Nun gehen wir aber nochmal einen Schritt zurück und schauen in diesen Bipolartransistor hinein auf Halbleiterebene.
⇨ Bipolartransistor allgemein erklärt
Einführung
Prinzipiell besteht ein Bipolartransistor aus 3 dotierten Schichten. Dabei wird zwischen 2 Arten unterschieden.
NPN-Transistor und PNP-Transistor mit namensgebenden Dotierten Halbleiter Schichten.
Daher befinden sich immer 2 PN-Übergänge im Bipolartransistor.
Ohne Spannungsquelle
Bevor überhaupt eine Spannungsquelle angeschlossen wird, bilden sich an den PN-Übergängen also an den Grenzen jeweils eine Sperrschicht.
Dieses Verhalten ist üblich bei PN-Übergängen. Die freien Elektronen und Löcher rekombinieren. Die festen Ionen bleiben bestehen und bilden die Sperrschicht.
⇨ Grundlagen PN-Übergang
Spannung Emitter und Kollektor
Wie bekannt steuert der Strom in die Basis den Transistor. Deshalb fließt kein Strom, sofern nur zwischen Emitter und Kollektor eine Spannung angelegt wird.
Was passiert auf Halbleiterebene?:
Durch das anlegen der Spannung entsprechen die beiden PN-Übergänge einmal einer Diode im Durchlassrichtung und einer Diode in Sperrrichtung. Das bedeutet zusammengefasst so kann kein Strom fließen.
Schritt für Schritt
→ Schritt 1:
Die Elektronen aus der oberen N-Schicht werden abgesaugt bzw. rekombinieren mit den Löchern der Quelle.
→ Schritt 2:
Die unteren N-Schicht wird mit freien Elektronen geflutet. Daher wird die Sperrzone der unteren N-Schicht aufgelöst.
Schritt 2: Spannung Basis und Emitter
Nun wird zwischen Basis und Emitter eine Spannung gelegt
Für die Folgende Betrachtung wird zunächst die N-Schicht des Kollektors ausgeblendet.
In die P-Schicht der Basis fließen nun Löcher.
Die Elektronen der N-Schicht des Emitters rekombinieren mit den Löchern.
Die Anzahl an Elektronen welche aus der Quelle nachfließt muss daher der Löcher Anzahl entsprechen.
Ganz nach der Regel:
Der reinfließende Strom muss dem rausfließenden Strom entsprechen.
Schritt für Schritt
→ Schritt 1:
Löcher fließen in die P-Schicht.
→ Schritt 2:
Elektronen der unteren N-Schicht rekombinieren mit den Löchern der P-Schicht.
→ Schritt 3:
In die untere N-Schicht fließen gleich viele Elektronen nach.
Schritt 3: Gesamt Funktion
Nun wird der Kollektor wieder eingeblendet.
Folgende Gegebenheit:
Zwischen Emitter und Kollektor besteht ja ein Elektrisches Feld. Das bedeutet die Elektronen der Emitter N-Schicht wollen in die Kollektor N-Schicht. Die Dazwischen Liegende P-Schicht blockiert aber das rüber springen.
Nun ist es aber so, wie gerade eben erklärt, das die Emitter-Elektronen bedingt durch die Löcher in die P-Schicht gezogen werden.
Die P-Schicht ist so dünn, dass die Elektronen noch bevor sie rekombinieren können, von dem Kollektor abgezogen werden.
Schritt für Schritt
→ Schritt 1:
Löcher fließen in die P-Schicht.
→ Schritt 2:
Elektronen der unteren N-Schicht werden von den Löchern der P-Schicht angezogen.
→ Schritt 3:
Bevor diese Elektronen rekombinieren werden sie aber in die obere N-Schicht gezogen.
Und von der Quelle abgezogen.
→ Schritt 4:
Gleich viele Elektronen rutschen in die untere N-Schicht nach.
Steuerung des Transistors
Wie bereits bekannt steuert beim Bipolartransistor der Basis-Strom den Transistor. Sprich der Basis-Strom steuert den Emitter-Kollektor-Strom.
Je mehr freie Löcher in den Bipolartransistor fließen desto mehr Elektronen werden aus der unteren N-Schicht gezogen. Dies hat zur Folge das aus mehr Elektronen in die obere N-Schicht gezogen werden.
Zusammengefasst fließen so mehr Elektronen in den Emitter hinein und mehr Elektronen fließen aus dem Kollektor heraus.