Title: 1.1 Aufbau bipolarer Transistoren
Course: LS13S-2.1 Vertiefender Laborkurs Transistortechnik > Section: 1. Aufbau und Funktion bipolarer Transistoren

Die Bezeichnung Transistor ist ein Akronym aus den Begriffen Transfer und Resistor und deutet auf die Eigenschaft hin, dem Stromfluss einen veränderbaren Widerstand entgegenzusetzen. Im Vergleich zum Relais kann ein Transistor somit nicht nur als Schalter, sondern auch als veränderbarer Widerstand und als Verstärker eingesetzt werden.

Transistoren sind Halbleiter aus Silizium oder Germanium, die ähnlich wie Dioden aufgebaut sind.

Das Halbleitermaterial Silizium z.B. hat 4 Elektronen auf der Außenschale (Valenzelektronen). Es ist nur als Monokristall für die Halbleiterherstellung nutzbar. Durch den kristallinen Aufbau sind alle 4 Außenelektronen im Gitter gebunden. Somit stehen keine freien Elektronen zur Stromleitung zur Verfügung. Um Silizium leitfähig zu machen, muss es mit Fremdatomen dotiert (verunreinigt) werden. Das Element Phosphor verfügt über 5 Valenzelektronen und kann somit ein freies Elektron liefern (n-Dotierung). Das Element Bor hingegen verfügt nur über 3 Valenzelektronen. Eingebaut in das Siliziumgitter erzeugt es ein (Elektronen-)Loch (p-Dotierung).

Im Gegensatz zu einer Diode besteht ein Transistor aus 3 dotierten Halbleiterschichten und weist somit zwei pn-Übergänge auf. Daher stammt die Bezeichnung bipolarer Transistor (bipolar junction transistor BJT). Ersatzweise können die beiden pn-Übergänge als gegeneinander geschaltete Dioden dargestellt werden. Bipolare Transistoren haben daher drei elektrische Anschlüsse.

Der Anschluss der mittleren Schicht wird als Basis (B), der der oberen als Kollektor (C) und der Anschluss der unteren Schicht als Emitter (E) bezeichnet. Der Kollektor (C) sammelt die Elektronen ein, die der Emitter (E) aussendet.

Kollektor und Emitter bestehen aus gleich dotiertem Material. Allerdings ist der Emitter wesentlich höher dotiert als der Kollektor. Das bedeutet er besitzt mehr Fremdatome. Je nachdem, wie die einzelnen Halbleiterelemente dotiert sind, gibt es PNP-Transistoren und NPN-Transistoren. Die grundsätzliche Funktion beider Transistortypen ist identisch, jedoch unterscheiden sie sich in der Stromrichtung. Beim Schaltzeichen werden die jeweiligen technischen Stromrichtungen mit unterschiedlich ausgerichteten Pfeilen am Emitteranschluss angezeigt.

Mit Hilfe eines Multimeters mit Diodentester kann man jeweils zwischen Basis und Emitter und zwischen Basis und Kollektor den Spannungsfall der beiden pn-Übergänge messen.

Allerdings lässt sich die Funktion eines Transistors nicht mit zwei gegeneinander geschalteten Dioden simulieren, da immer eine der beiden den Stromfluss unterbrechen wird. Die Ursache liegt im Aufbau und in der, im Vergleich zur C- und E-Schicht, sehr dünnen Basisschicht des Transistors begründet.