Transistor

Der Transistor

• Ein (npn-)Transistor besteht aus drei Schichten mit den Anschlüssen Emitter, Basis (hauchdünn) und Kollektor.
• Steuerwirkung: Ein kleiner Basisstrom macht die Kollektor-Emitter-Strecke leitfähig – ein bis zu einige hundertmal größerer Kollektorstrom kann fließen. Der Transistor arbeitet als Verstärker oder als elektronischer Schalter.
• Als Schalter (digital: an/aus) ist er das Grundelement aller Computerchips – moderne Prozessoren enthalten Milliarden Transistoren.
• Typische Schaltungen: Berührungssensor, Zeitschalter (mit Kondensator), Dämmerungsschalter (mit LDR), Verstärkerstufe (mit Arbeitswiderstand).

1. Ein Transistor hat die Stromverstärkung \(B = 200\). Welcher Basisstrom ist für einen Kollektorstrom von \(100\,\mathrm{mA}\) nötig?
   Lösung

   \(I_B = \frac{I_C}{B} = \frac{100}{200}\,\mathrm{mA} = 0{,}5\,\mathrm{mA}\).
2. Erkläre, warum eine Feuchtigkeitsschaltung (zwei Sonden im Blumentopf an der Basis) die LED erst bei trockener Erde einschaltet – oder umgekehrt.
   Lösung

   Feuchte Erde leitet: Basisstrom fließt, Transistor durchgeschaltet. Je nach Schaltung (LED im Kollektorkreis oder über Umweg) zeigt die LED „feucht“ oder „trocken“ an.
3. Warum erzeugt ein Transistor als Schalter kaum Wärme, als „halb offener“ Verstärker aber viel?
   Lösung

   Voll durchgeschaltet ist \(U_{CE}\) fast null, gesperrt ist \(I_C\) fast null – Verlustleistung \(P = U_{CE} I_C\) jeweils winzig. Dazwischen sind beide groß.

1. Recherchiere das MOOREsche Gesetz: Wie hat sich die Transistorzahl pro Chip seit 1970 entwickelt, und wo liegen die physikalischen Grenzen?