Guten Abend zusammen! Ich beschäftige mich gerade mit dem Bipolartransistor und habe Verständnisprobleme beim Sättigungsbetrieb. Also beispielsweise der Betrieb als Schalter. Angenommen der Emitter ist mit Masse verbunden, der Kollektor über einen Widerstand R an die Versorgungsspannung. Nun lege ich eine ausreichend große Basis-Emitterspannung an, sodass ein Basistrom und somit auch ein Kollektor-Emitterstrom fließt. Dabei fällt eine bestimmt Spannung am Widerstand R ab. Erhöhe ich nun den Basisstrom, so steigt auch der Kollektorstrom durch den Widerstand R und das Kollektorpotenzial sinkt. Irgendwann ist das Kollektorpotenzial so gering, dass die Kollektor-Emitter-Diode leitend wird. Nun meine Fragen: Warum fließt trotzdem noch ein Basis-Kollektorstrom, obwohl das Kollektorpotential niedriger ist als das Basispotenzial? Liegt das an dem elektrischen Feld innerhalb der Ruamladungszone? Fließt auch ein Strom in umgekehrter Richtung? Also vom Kollektor in den Emitter? Warum ist die Kollektor-Emitterspannung im Sättigungsbetrieb so gering? Über Antworten würde ich mich sehr freuen. Viele Grüße Julian
Julian S. schrieb: > Kollektor-Emitter-Diode Es gibt keine Kollektor-Emitterdiode und es fließt auch kein Strom von der Basis zum Kollektor. Strom fließt zwischen Kollektor und Emitter sowie zwischen Basis und Emitter. Es gilt IE = IC + IB. Da der Basisstrom (IB) im Vergleich zum Kollektorstrom sehr gering ist wird oft näherungsweise IC = IE gesetzt
Julian S. schrieb: > Warum fließt trotzdem noch ein Basis-Kollektorstrom, obwohl das > Kollektorpotential niedriger ist als das Basispotenzial? > > Liegt das an dem elektrischen Feld innerhalb der Ruamladungszone? Richtig. Julian S. schrieb: > Kollektor-Emitter-Diode Es gibt keine Kollektor-Emitter-Diode. Welche Diode meinst du denn hier genau?
Julian S. schrieb: > Ich beschäftige mich gerade mit dem Bipolartransistor und habe > Verständnisprobleme beim Sättigungsbetrieb. ... > Irgendwann ist das Kollektorpotenzial so gering, dass die Kollektor- > Emitter-Diode leitend wird. Es gibt keine Kollektor-Emitterdiode. Dieser Satz kein Sinn. > Nun meine Fragen: > > Warum fließt trotzdem noch ein Basis-Kollektorstrom, obwohl das > Kollektorpotential niedriger ist als das Basispotenzial? Es fließt kein Kollektor-Basisstrom. Womöglich meinst du ja hier den Basis-Emitter-Strom und oben die Basis-Kollektor-Diode. In diesem Fall wäre es hilfreich, wenn du das auch schreiben würdest. Bis auf weiteres nehme ich vorsichtshalber erst mal an. daß du verwirrt bist und nicht weißt, was du meinst. > Fließt auch ein Strom in umgekehrter Richtung? Also vom Kollektor in den > Emitter? Ohne nähere Angaben zur Stromrichtung ist diese Frage sinnlos. Wenn der Transistor eingeschaltet ist, fließt selbstverständlich ein Strom vom Kollektor zum Emitter. Das ist der Zweck der Veranstaltung. Bei einem npn-Transistor ist dieser Strom dann positiv. > Warum ist die Kollektor-Emitterspannung im Sättigungsbetrieb so gering? Diese Frage ist in etwa so sinnvoll wie: "Warum ist warmes Wasser wärmer als kaltes Wasser?". Der Sättigungsbetrieb ist ja gerade dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Emitterspannung niedrig ist. Ich kann in deinem Interesse nur hoffen, daß du nicht so schlampig denkst, wie du schreibst.
Axel S. schrieb: > Ich kann in deinem Interesse nur hoffen, daß du nicht so schlampig > denkst, wie du schreibst. Das hört sich alles wieder mal nach faulem Schüler oder Studiosus an, der keine Lust hat die Fachliteratur zu bemühen. Vielleicht muß auch nur eine Ausarbeitung zum Thema gemacht werden - Abgabetermin morgen.
Hallo! Erstmal vielen Dank für die zahlreichen Antworten. Meine Frage habe ich natürlich flasch aufgeschrieben. Wenn die Spannung am Kollektor unter die Basisspannung sinkt, dann wird die Basis-Kollektor-Diode leitend. Daher müsste ja auch ein Strom vom Kollektor in die Basis fließen, da die Basis auf einem höheren Potenzial liegt. Warum fließen dann trotzdem noch Elektronen in den Kollektor? Also warum gibt es noch einen Emitter-Kollektorstrom? Liegt das an dem E-Feld innerhalb der Raumladungszone? vg Julian
Julian S. schrieb: > Wenn die Spannung am Kollektor unter die Basisspannung sinkt, dann wird > die Basis-Kollektor-Diode leitend. Nein, noch nicht. Die Basis-Kollektor-Spannung ist immer noch kleiner als die Basis-Emitter-Spannung.
Julian S. schrieb: > Wenn die Spannung am Kollektor unter die Basisspannung sinkt, dann wird > die Basis-Kollektor-Diode leitend. Ja. Julian S. schrieb: > Daher müsste ja auch ein Strom vom Kollektor in die Basis fließen, da > die Basis auf einem höheren Potenzial liegt. Nein. Strom ist für positive Ladungen definiert und fließt daher von höherer Spannung zu niedriger (entgegen der physikalischen Bewegung der Elektronen). Somit fließt Strom von der Basis in den Kollektor. (Und von da aus dann weiter in den Emitter.) Julian S. schrieb: > Also warum > gibt es noch einen Emitter-Kollektorstrom? Kollektor-Emitter-Strom... Würde kein Strom mehr fließen, würde am Lastwiderstand keine Spannung abfallen und das Kollektorpotential wieder auf Betriebsspannung liegen. Dann fließt auch kein Basis-Kollektor-Strom mehr. Das ist ein Gleichgewicht. Es stellt sich der Arbeitspunkt ein, an dem alle Bedingungen erfüllt sind. Hier kannst du etwas zur Sättigung nachlesen: https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/1506161.htm
Leider habe ich es immernoch nicht ganz verstanden. Ich betrachte nun die physikalische Bewegung der Elektronen. Im normalen Betrieb (Basis-Emitter-Spannung ca. > 0.7 V) fließen Elektronen vom Emitter in die Basis. Die Basis ist sehr kurz und die Elektronen werden dort vom elektrischen Feld der Raumladungszone des Basis-Kollektor-Übergangs in Richtng des Kollektors beschleunigt. Je nachdem welche Spannung an der Basis-Kollektor-Strecke anliegt verlieren die Elektronen die entsprechende Menge Energie. Ihre restliche Energie wandeln die Elektronen im Kollektorwiderstand um. Wird nun der Basis-Emitterspannung erhöht, steigt auch der Kollektorstrom. Der Spannungsabfall am Kollektorwiderstand steigt. Irgendwann fällt die Spannung am Kollektor unter die Spannung der Basis. Ist die Spannungsdifferenz Groß genug, fließen Elektronen vom Kollektor in die Basis und werden dort vom elektrischen Feld des Basis-Emitter-Überganges angezogen (ist das Richtig ?). Nun verstehe ich aber immernoch nicht warum bei Sättigung die Kollektor Emitterspannung so gering ist? vg Julian
Julian S. schrieb: > Nun verstehe ich aber immernoch nicht warum bei Sättigung die Kollektor > Emitterspannung so gering ist? du beantwortest es doch selbst: Julian S. schrieb: > Irgendwann fällt die Spannung am Kollektor unter die Spannung der Basis. Wenn du bspw. 0.6 V Basis-Kollektor-Spannung hast und ca. konstant 0,7V Basis-Emitter-Spannung, dann ist nunmal die Kollektor-Emitter-Spannung 0,1 V.
Julian S. schrieb: > Wenn die Spannung am Kollektor unter die Basisspannung sinkt, dann wird > die Basis-Kollektor-Diode leitend. > Daher müsste ja auch ein Strom vom Kollektor in die Basis fließen, da > die Basis auf einem höheren Potenzial liegt. Wenn z.B. die Sättigungsspannung 150mV und die Basis-Emitter-Spannung 0,7V betragen, dann beträgt die Basis-Kollektor-Spannung nur 0,55V, was für einen Silizium-p-n-Übergang immer noch zu wenig ist. Es kann daher kein Basis-Kollektor-Strom fließen. Julian S. schrieb: > Wird nun der Basis-Emitterspannung erhöht, steigt auch der > Kollektorstrom. Sättigung bedeutet, dass der Kollektorstrom nicht mehr steigt.
Ich denke, das hat auch ein wenig mit dem Thema zu tun: Ich hatte mal einen Gegentakt-Verstärker gebaut und versehentlich bei einem der beiden Endstufentransistoren Kollektor und Emitter verstauscht. Das Teil hat funktioniert. Nur durch Zufall hatte ich den Fehler entdeckt. Da war ich doch sehr erstaunt!
juergen schrieb: > Das Teil hat funktioniert. Nennt sich Inversbetrieb. Erstaunlich daran ist höchstens, dass es bei einem derartigen Verstärker noch funktioniert, der ja in der Regel mit relativ hohen Spannungen betrieben wird. Die Durchbruchsspannung üblicher B-E-Dioden liegt meist so um die 7 V, sodass ein mit höherer Betriebsspannung invers betriebener Transistor dann durchbrechen kann. Georg M. schrieb: > beträgt die Basis-Kollektor-Spannung nur 0,55V, was für einen > Silizium-p-n-Übergang immer noch zu wenig ist Im Prinzip könnte diese Diode bei so einer Spannung schon geringfügig leitend sein, aber der fließende Strom ist dann um Größenordnungen geringer als der, der durch den Emitter fließt.
Jörg W. schrieb: > juergen schrieb: >> Das Teil hat funktioniert. > > Nennt sich Inversbetrieb. > > Erstaunlich daran ist höchstens, dass es bei einem derartigen > Verstärker noch funktioniert, der ja in der Regel mit relativ hohen > Spannungen betrieben wird. Die Durchbruchsspannung üblicher > B-E-Dioden liegt meist so um die 7 V, sodass ein mit höherer > Betriebsspannung invers betriebener Transistor dann durchbrechen > kann. > Ja! Es handelte sich tatsächlich nur um eine geringe Spannung. Ein Verstärker für einen Wobbler-Ausgang (etwa 1-3V), um den Ausgang vor Überlast zu schützen.
Julian S. schrieb: > Nun verstehe ich aber immernoch nicht warum bei Sättigung die Kollektor > Emitterspannung so gering ist? Du hast es doch schon richtig verstanden. Die Basis Emitterdiode leitet, und in der Tiefen Sättigung leitet die Basis Kollektordiode auch. Beide teilen sich den Basisstrom. Der Emitter ist höher dotiert, deshalb sind die beiden Dioden etwas unterschiedlich. Die Differenz siehst Du als Kollektor Emitter Sättigungspannung.
Erstmal nochmals Danke für die zahlreichen Antworten. Ich habe immernoch meine Probleme. Ich betrachte wieder die Elektronenbewegung. Warum fließt bei Sättigung ein Strom zum Kollektor? Die Elektronen kommen von dem Emitter in die Basis. Warum fließen die dann zu einem Potential was niedriger als die Basisspannung ist? vg Julian
Jörg W. schrieb: > juergen schrieb: >> Das Teil hat funktioniert. > > Nennt sich Inversbetrieb. ...und hat eine noch niedrigere Sättigungsspannung gegenüber dem Normalbetrieb. Allerdings auch eine recht niedrige Stromverstärkung.
Jörg W. schrieb: > Die Durchbruchsspannung üblicher > B-E-Dioden liegt meist so um die 7 V, sodass ein mit höherer > Betriebsspannung invers betriebener Transistor dann durchbrechen > kann. Bei Si-Transistoren. Bei den alten pnp-Ge-Transistoren wurden ja von beiden Seiten unterschiedlich große Indium-Pillen in den Kristall einlegiert, wodurch E und C i.W. das gleiche Dotierungsprofil hatten. Deshalb waren da Kollektor und Emitter-Sperrspannungen vergleichbar hoch. Christian K. schrieb: > Der Emitter ist höher dotiert, deshalb sind > die beiden Dioden etwas unterschiedlich. Und die Fläche der B-E-Diode ist i.d.R. auch deutlich kleiner, als die der C-B-Diode. Manch einer hat das daraus resultierende bessere Impulsverhalten des Inverstransistors schon vorteilhaft benutzt.
Erstmal nochmals Danke für die zahlreichen Antworten. Ich habe immernoch meine Probleme. Ich betrachte wieder die Elektronenbewegung. Warum fließt bei Sättigung ein Strom zum Kollektor? Die Elektronen kommen von dem Emitter in die Basis. Warum fließen die dann zu einem Potential was niedriger als die Basisspannung ist? vg Julian
Hallo, die Elektronen bekommen das in der Grundschule für kleine Elektronen halt so gesagt, nein, sie werden vom Kollektor "abgesaugt". guck mal hier: (leider wird nicht die Sättigung betrachtet) http://elektronik-kurs.net/elektronik/transistoren/ npn-Transistor Elektronen vom Emitter zur Basis. 2.1.2.3 Elektronenfluss zwischen Basis und Kollektor Die vom Emitter kommenden Elektronen würden nun, falls es sich nur um eine Diode handeln würde, sofort aus der Basis über den Basisanschluss zur Spannungsquelle U abfließen. Bei einem Transistor befindet sich aber neben der Basis der Kollektor. Dieser wird durch die Spannung UCE auf ein viel höheres Potenzial als die Basis gelegt und der pn-Übergang dadurch in Sperrrichtung betrieben. Gelangen nun Elektronen in die Nähe der Sperrschicht zwischen Basis und Kollektor, dann werden sie vom elektrischen Feld der Sperrschicht in den Kollektor gezogen und nur ein geringer Teil fließt über den Basisanschluss ab. Gelangt ein vom Emitter kommendes Elektron in die Nähe der Sperrschicht zwischen Basis und Kollektor, dann wird es in den Kollektor hineingezogen. Nur ein geringer Teil der Elektronen fließt über den Basisanschluss ab. Oder da: https://www.leifiphysik.de/elektronik/transistor mit freundlichem Gruß
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Danke für deine Antwort, aber leider beantwortet die nicht meine Frage. Mir ging es darum warum ein Strom fließt obwohl der Kollektor auf einem niedrigeren Potential als die Basis liegt. VG Julian
Julian S. schrieb: > Mir ging es darum warum ein Strom fließt obwohl der Kollektor auf einem > niedrigeren Potential als die Basis liegt. Weil zwischen Basis und Kollektor eine Diode ist. Und das ist das, was eine Diode tut. Sie leitet Strom, sobald die Spannung hoch genug und in der richtigen Polarität ist.
Julian S. schrieb: > Mir ging es darum warum ein Strom fließt obwohl der Kollektor auf einem > niedrigeren Potential als die Basis liegt. Es sind einfach viel zu viele Elektronen in der Basis. Aber der Anteil der zum Kollektor fließenden Elektronen sinkt mit der zunehmenden Sättigung.
Julian S. schrieb: > Mir ging es darum warum ein Strom fließt obwohl der Kollektor auf einem > niedrigeren Potential als die Basis liegt. Diese Frage kann man auf diesem Abstraktionsniveau nicht beantworten. Für die Erklärung des Verhaltens der Elektronen im Halbleiterkristall reichen die Potentialverhältnisse an den Rändern des Kristalls (Emitter-, Basis- und Kollektoranschluß) jedenfalls nicht aus. Damit kannst du ja nicht mal erklären, wieso überhaupt ein Elektron vom Emitter zum Kollektor kommen kann, wenn ihm doch die Basis-Kollektor Sperrschicht im Weg liegt.
Julian S. schrieb: > Liegt das an dem elektrischen Feld innerhalb der Raumladungszone? Auf jeden Fall muss das Phänomen physikalisch betrachtet werden. Schaltungstechnisch ist es nicht zu erklären, warum die meisten Elektronen zum Kollektor mit 0,2V fließen und nicht zum Basisanschluss mit 0,7V.
Axel S. schrieb: > Julian S. schrieb: > >> Mir ging es darum warum ein Strom fließt obwohl der Kollektor auf einem >> niedrigeren Potential als die Basis liegt. > > Diese Frage kann man auf diesem Abstraktionsniveau nicht beantworten. > Für die Erklärung des Verhaltens der Elektronen im Halbleiterkristall > reichen die Potentialverhältnisse an den Rändern des Kristalls > (Emitter-, Basis- und Kollektoranschluß) jedenfalls nicht aus. Eben. Das lässt sich nicht in drei Sätzen erklären. Julian, nimm es so hin wie es ist. Ich habe es hier schon mal gesagt, dass wir damals mehrere Wochen den PN-Übergang gelernt bekommen haben. Der Transistor hat auch noch mal so lange gedauert. Die alten Hefte krame ich für dich nicht noch einmal hervor.
M. H. schrieb: > Nein. > Strom ist für positive Ladungen definiert und fließt daher von höherer > Spannung zu niedriger (entgegen der physikalischen Bewegung der > Elektronen). Somit fließt Strom von der Basis in den Kollektor. (Und von > da aus dann weiter in den Emitter.) Was ist denn das für ein Käse. Als Strom ist in der Elektrotechnik der Transport von elektrischen Ladungsträgern definiert. In den Werkstoffen die in der Elektrotechnik als Leiter bezeichnet werden sind das in aller Regel Elektronen und diese sind bekanntlich negativ geladen. Ebenso im Vakuum (Elektronenröhre) kommt der Stromfluß durch Elektronen zu Stande. Lediglich im Halbleiter gibt es die sogenannten Defektelektronen (Löcher). Diese kommen aber nur durch Anregung des Halbleitermaterials zu Stande. Im Ruhezustand sind im Leitband des HL-Materials keine frei beweglichen Elektronen vorhanden. Erst durch Anregung, also Zuführung von Energie (z.B. durch Photonen, Anlegen einer Spannung) werden Elektronen vom Valenzband ins Leitband befördert und tragen dort zum Stromfluß bei. Durch das Herauslösen der Elektronen aus dem Valenzband bleiben dort die Defektelektronen zurück. Diese Löcher werden aber durch Rekombination wieder aufgefüllt. Wie definierst Du höhere Spannung und niedrige Spannung? Rein mathematisch betrachtet ist z.B. -15V kleiner als +5V. Absolut gegen den Bezug betrachtet ist -15V natürlich größer als +5V. Zur Beschreibung der Richtung von Stromflüssen benutzt man deshalb den Potenzialbegriff. Also physikalisch fließt (Elektronen)Strom vom niederen zum höheren Potenzial. Ich denke mal das Du das gemeint hast. Der Strom fließ schon gar nicht von der Basis zum Kollektor und dann zum Emitter - wie soll das funktionieren. Der Aufbau eines Bipolartransistors ist Dir schon klar? Von der Basis fließt kein Strom zum Kollektor. Strom fließt im Bipolartransistor von der Basis zum Emitter und vom Kollektor zum Emitter. Julian S. schrieb: > Ich habe immernoch meine Probleme. Ich betrachte wieder die > Elektronenbewegung. > Warum fließt bei Sättigung ein Strom zum Kollektor? Und wie ist das beim pnp-Transistor? Da liegt der Kollektor auf negativem Potenzial gegenüber dem Emitter. Elektronen bewegen sich (physikalisch) in welcher Richtung?
Angehängte Dateien:
-
hicum.png
37 KB
Zeno schrieb: > Was ist denn das für ein Käse. > Als Strom ist in der Elektrotechnik der Transport von elektrischen > Ladungsträgern definiert. Richtig. Aber so ein Käse ist das gar nicht, was ich geschrieben habe. Der Strom ist quasi:
Da es in elektrischen Leitern keine positiven Ladungen, sondern nur negative gibt, ist der Strom genau entgegengesetzt der physikalischen Bewegung definiert. In einer Salzlösung, in der es positive Ladungsträger gibt, sieht das wieder anders aus. Da bewegen sich sowohl positive, als auch negative Ladungsträger gleichzeitig in die entgegengesetzte Richtung. Strom ist nunmal definiert, in die Richtung, in die positive Ladungen fließen. Und ob jetzt positive Ladungen von A nach B fließen oder negative von B nach A, ist mathematisch völlig egal. Zeno schrieb: > Der Strom fließ schon gar nicht von der Basis zum Kollektor und dann zum > Emitter - wie soll das funktionieren. Der Aufbau eines > Bipolartransistors ist Dir schon klar? Von der Basis fließt kein Strom > zum Kollektor. Strom fließt im Bipolartransistor von der Basis zum > Emitter und vom Kollektor zum Emitter. Mir ist klar, dass es physikalisch nicht möglich ist, da die Basis zwischen Kollektor und Emitter steckt. Ich war da mehr auf der Seite des Transistormodells. Ich habe das hicum Modell eines Transistors mal angehängt. Da wird der Sättigungseffekt durch einen Strom von Basis zu Kollektor modelliert.
Jetzt bin ich wieder etwas schlauer. Ich hätte nie gedacht, dass die Spannung Kollektor-Emitter kleiner werden kann als Basis-Emitter.
Sebastian Hepp schrieb: > Jetzt bin ich wieder etwas schlauer. Ich hätte nie gedacht, dass die > Spannung Kollektor-Emitter kleiner werden kann als Basis-Emitter. Du hast noch nie ein Datenblatt eines Transistors gelesen?
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