Was sind Transistoreigenschaften?
Transistoren sind Komponenten in elektronischen Geräten, die den Stromfluss im Gerät steuern und verstärken und gelten als eine der wichtigsten Erfindungen bei der Entwicklung moderner Elektronik. Wichtige Transistoreigenschaften, die die Funktionsweise des Transistors beeinflussen, umfassen die Verstärkung, Struktur und Polarität des Transistors sowie Baumaterialien. Die Transistoreigenschaften können je nach Zweck des Transistors stark variieren.
Transistoren sind nützlich, weil sie eine kleine Menge Elektrizität als Signal verwenden können, um den Fluss viel größerer Mengen zu steuern. Die Fähigkeit des Transistors, dies zu tun, wird die Verstärkung des Transistors genannt, die als das Verhältnis des Ausgangs, den der Transistor erzeugt, zu dem Eingang gemessen wird, der erforderlich ist, um diesen Ausgang zu erzeugen. Je höher der Ausgang im Verhältnis zum Eingang ist, desto höher ist die Verstärkung. Dieses Verhältnis kann als Stromstärke, -spannung oder -strom gemessen werden. Die Verstärkung nimmt mit steigender Betriebsfrequenz ab.
Die Transistoreigenschaften variieren je nach Zusammensetzung des Transistors. Übliche Materialien sind die Halbleiter Silizium, Germanium und Galliumarsenid (GaAs). Galliumarsenid wird häufig für Transistoren verwendet, die mit hohen Frequenzen arbeiten, da seine Elektronenbeweglichkeit, die Geschwindigkeit, mit der sich Elektronen durch das Halbleitermaterial bewegen, höher ist. Es kann auch sicher bei höheren Temperaturen in Silizium- oder Germaniumtransistoren betrieben werden. Silizium hat eine geringere Elektronenbeweglichkeit als die anderen Transistormaterialien, wird jedoch üblicherweise verwendet, da Silizium kostengünstig ist und bei höheren Temperaturen als Germanium arbeiten kann.
Eine der wichtigsten Transistoreigenschaften ist das Design des Transistors. Ein Bipolartransistor (BJT) hat drei Anschlüsse, die als Basis, Kollektor und Emitter bezeichnet werden, wobei die Basis zwischen dem Kollektor und dem Emitter liegt. Kleine Elektrizitätsmengen wandern von der Basis zum Emitter, und die kleine Spannungsänderung bewirkt viel größere Änderungen des Elektrizitätsflusses zwischen der Emitter- und der Kollektorschicht. BJTs werden bipolar genannt, weil sie sowohl negativ geladene Elektronen als auch positiv geladene Elektronenlöcher als Ladungsträger verwenden.
In einem Feldeffekttransistor (FET) wird nur ein Ladungsträgertyp verwendet. Jeder FET hat drei Halbleiterschichten, die als Gate, Drain und Source bezeichnet werden und analog zu BJTs Basis, Kollektor und Emitter sind. Die meisten FETs haben auch einen vierten Anschluss, der als Body, Bulk, Base oder Substrat bezeichnet wird. Ob ein FET Elektronen oder Elektronenlöcher zum Führen von Ladungen verwendet, hängt von der Zusammensetzung der verschiedenen Halbleiterschichten ab.
Jeder Halbleiteranschluss in einem Transistor kann eine positive oder negative Polarität haben, abhängig davon, mit welchen Substanzen das Haupthalbleitermaterial des Transistors dotiert wurde. Bei der Dotierung vom N-Typ werden kleine Verunreinigungen von Arsen oder Phosphor zugesetzt. Jedes Atom des Dotierstoffs hat fünf Elektronen in seiner Außenhülle. Die äußere Hülle jedes Siliziumatoms hat nur vier Elektronen, und so liefert jedes Arsen- oder Phosphoratom ein überschüssiges Elektron, das sich durch den Halbleiter bewegen und ihm eine negative Ladung verleihen kann. Bei der P-Dotierung werden stattdessen Gallium oder Bor verwendet, die beide drei Elektronen in ihrer Außenhülle haben. Dies gibt dem vierten Elektron in der äußeren Hülle der Siliciumatome nichts zu binden, wodurch entsprechende positive Ladungsträger, sogenannte Elektronenlöcher, entstehen, in die sich Elektronen bewegen können.
Transistoren werden auch nach der Polarität ihrer Komponenten klassifiziert. Bei NPN-Transistoren hat der mittlere Anschluss - die Basis bei BJTs, das Gate bei FETs - eine positive Polarität, während die beiden Schichten zu beiden Seiten negativ sind. Bei einem PNP-Transistor ist das Gegenteil der Fall.