Transistor – Aufbau, Eigenschaften und Anwendungen

Allgemein gibt es verschiedene Arten von Transistoren, die alle unterschiedliche Bauweisen haben. Um das Thema jedoch möglichst anschaulich zu halten, soll es im Folgenden nur um die Bipolartransistoren gehen.

Bipolartransistoren bestehen, wie auch Dioden, aus verschieden dotierten Halbleiterschichten. Man unterscheidet die Bipolartransistoren in npn- und pnp-Transistoren. Der Name gibt dabei bereits einen Aufschluss über den Aufbau der Transistoren.  Ein pnp-Transistor besteht, wie auch in der Abbildung zu sehen, aus einer negativ dotierten Halbleiterschicht, die auf beiden Seiten jeweils an einen positiv dotierten Halbleiter gekoppelt ist. Bei einem npn-Transistor sind die Dotierungen der Schichten zum pnp-Transistor einfach nur vertauscht angeordnet.

Bringt man nun an jede Schicht einen Kontakt an, erhält man bereits einen fertigen Transistor. Der mittlere Kontakt wird dabei als Basis bezeichnet. Dieser ermöglicht die Steuerung des Transistors durch das Anlegen eines Stroms. Die Kontakte an den äußeren Halbleiterschichten werden einmal als Emitter und als Kollektor bezeichnet, wobei bei einer Öffnung des Transistors der physikalische Strom (der Elektronenstrom) vom Emitter zum Kollektor fließt.

Doch welche Eigenschaften bringt ein solcher Aufbau jetzt mit sich? Durch den Kontakt einer positiv und einer negativ dotierten Halbleiterschicht bildet sich ähnlich wie bei einer Diode eine Sperrschicht zwischen den Schichten aus, die den Stromfluss unterbricht. Bei der Diode galt dies aufgrund des Aufbaus jedoch nur für eine Stromrichtung. Der symmetrische Aufbau des Transistors hingegen gewährleistet eine Unterbrechung für beide Stromrichtungen. Legt man nun eine positive/negative Spannung an den npn-/pnp-Transistor an, kann die Sperrschicht verringert oder komplett entfernt werden, wodurch der Transistor vom Isolator zum Leiter wird. 

Diese Eigenschaft kann dazu genutzt werden, um in Schaltkreisen mithilfe eines kleinen sogenannten Biasstroms an der Basis einen größeren Strom zu steuern. Der Transistor kann also als Stromschalter genutzt werden – und das ohne ein mechanisches Bauteil dafür einsetzen zu müssen. Es gibt jedoch auch einen Bereich, in dem der Biasstrom nicht ganz ausreicht, um die Sperrschicht zu entfernen, jedoch stark genug ist, um den Transistor so weit zu öffnen, dass ein Strom fließen kann. Die Stärke des durchgelassenen Stroms hängt dabei von der Größe des Transistorwiderstands ab. Je größer der Biasstrom ist, desto kleiner ist der Widerstand des Transistors, was wiederum zu einem größeren Stromfluss führt. Somit ist es möglich, ein Signal mithilfe eines Transistors zu verstärken, indem das Signal als Biasstrom dem Transistor zugeführt wird. Die Eigenschaften des Signals werden dann über den Transistor dem stärkeren Strom aufgeprägt, wodurch das Signal effektiv verstärkt wird.