Diffundierte Transistoren:
Silizium bildet in der Hitze mit Sauerstoff Siliziumdioxid, welches, im Gegensatz zum entsprechenden Germaniumdioxid, thermisch, mechanisch und chemisch sehr stabil ist und sich somit bestens für Diffusions-Masken und als Isolator eignet.
Die Tatsache, daß man diese Masken photographisch in hervorragender Qualität einfach auf dem Kristall erzeugen kann,
ist ein wesentlicher Grund für die andauernde Beliebtheit des Si als Halbleitermaterial.

Als Folge wurden diffundierte Mesa-Transistoren in großer Zahl produziert:
Auf eine schwach p-dotierte Siliziumscheibe wird von beiden Seiten eine n-Verunreinigung aufgetragen und kurz eindiffundiert.
Danach wird die Oberfläche der Scheibe oxidiert und dann das Oxid selektiv entfernt: Auf der ganzen Unterseite der Scheibe, die den Kollektor bilden wird, bleibt es bestehen, ebenso dort auf der Oberseite, wo später der Emitter ist.

Jetzt wird ein Teil des ungeschützten Siliziums weggeätzt, wodurch sich der Emitter als Erhöhung (Mesa, span.= Tisch) über dem umliegenden Basisbereich ausbildet.

Anschließend wird die Scheibe einer starken p-Dotierung ausgesetzt wodurch die Kontaktzone für den Basisbreich definiert wird. Außerdem wird an den vom Oxid befreiten Stellen, dadurch die vorher aufgebrachte n-Dotierung in eine p+-Dotierung verwandelt, den vom Oxid geschützten Stellen passiert nichts.


Nun wird noch durch Hitzebehandlung dafür gesorgt, daß die anfänglich aufbrachen n-Dotierungen sich aufeinanderzu bewegen bis sie sich fast berühren (ca. 25 µm)
Schließlich wird das schützende SiO2 entfernt, und die Elektroden angebracht.

Die auf diese Weise hergestellten Transistoren sind ebenfalls recht robust, der legendäre 2N3055 gehört dazu, verglichen mit den legierten Typen sind sie aber viel billiger herzustellen, und haben dadurch, daß die Konzentration der Dotierung sich allmählich ändert, eine höhere Spannungsfestigkeit.
Dadurch, daß die Basiszone nur etwa ein Drittel so dick ist, wie bei den legierten Typen, ist auch das Frequenzverhalten etwas besser.


Es gab dann noch eine Reihe technologischer Vervollkommnungen des Verfahrens, wie doppelt oder dreifach diffundierte und Planar-Transistoren, die stets zum Ziel hatten: Die Schaltgeschwindigkeit zu erhöhen, die Spannungsfestigkeit zu verbessern und den Sättigungswiderstand zu erniedrigen.


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In dieser Folge der Entwicklung muß man auch die Transistoren mit epitaxialen Schichten sehen.
Das Aufwachsen der Schichten geschieht gleichmäßiger und besser kontrolliert als die Diffusion.
Der einfachste ist der Epitaxial-Basis Transistor, dessen Aufbau ich kurz skizzieren will:

Auf ein 0,25mm dickes stark n-leitendes Substrat,dem Kollektor, läßt man eine 10µm dicke p-Leitende Basisschicht aufwachsen.
Nach der oben geschilderten Maskierung diffundiert man dorthinein noch den Emitter ein.
Vorteil des Verfahrens ist, daß alle Verfahrensschritte von einer Seite gemacht werden, und daß man die Stärke der Basis sehr gut kontrollieren kann.
Offensichtlicher Nachteil ist der ebenfalls abrupte pn-Übergang am Kollektor, der zu geringer Spannungsfestigkeit führt.

Manchmal übrigens, z.B. bei Kapazitätsdioden, sind abrupte pn-Übergänge durchaus erwünscht, und mit Epitaxie kann man sie prima herstellen.

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Die logische Weiterentwicklung waren dann Transistoren, bei denen mehrere Kollektor- und mehrere Basisschichten unterschiedlicher Dotierung epitaktisch aufgebracht wurden, um die Spannungsfestigkeit zu verbessern.

Die Bilder sind übrigens aus einem Buch über Leistungstransistoren von 1970. Deshalb die verhältnismäßig großen Abmessungen. Für Hochfrequenz hat man auch damals schon zartere Strukturen verwendet.

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Zitat :

Warum hat man in der Emitterschaltung einen geringen Eingangswiderstand und einen großen Ausgangswiderstand?

Zunächst einmal:
Gemeint sind die Widerstände, die sich aus den Strom/Spannungskennlinien des Transistors ergeben, nicht jene die Du im Laden kaufst und am Transistor anlötest.

Fangen wir mit dem Ausgangswiderstand an:
Bei einem npn-Transistor werden durch die positive Basisspannung Elektronen in den Basisraum injeziert. Bei einem vernünftigen Transistor und ausreichend hoher Kollektorspannung werden diese Elektronen fast vollständig vom Kollektor abgesaugt, kommen also nicht an der Basis an. Dadurch ist der Basisstrom viel geringer als der Kollektorstrom.

Die Zahl der Elektronen, die je Zeiteinheit in den Basisraum injeziert werden, und damit den Kollektorstrom bilden, hängt hauptsächlich vom Spannungsunterschied zwischen Emitter und Basis ab, die Kollektorspannung hat, so lange sie groß genug ist, wenig Einfluß.
Wenn Du eine eine Spannung stark ändern kannst, und der Strom sich nur wenig ändert, so entspricht das einem hohen Widerstand.
Stimmts ?


Jetzt zum angeblich geringen Eingangswiderstand:
Diese Ausage finde ich nicht sehr zutreffend. Wenn Du niedrigen Eingangswiderstand brauchst, dann nimm die Basisschaltung. In Emitterschaltung würde ich den Eingangswiderstand eher als mittel bezeichnen.
Wie ich oben schon erläuterte, ist für den Emitterstrom die Basis-Emitter-Spannung verantwortlich. Und er folgt der bekannten exponentiellen Strom-Spannungsabhängigkeit einer flußgepolten Diode, nur daß der Basisstrom vielleicht 200mal kleiner ist, als der Emitterstrom.
Somit ist der Eingangswiderstand stark abhängig, von den Betriebsbedingungen, in erster Näherung ist der Eingangsleitwert proportional dem Strom.

In Zahlen:
Für einen typischen NF-Transistor BC547B (Stromverstärkung etwa 350) ist bei
Ic.....h11e (Eingangswiderstand)...h22e(Ausgangswiderstand)
0,1mA..55kOhm....................83kOhm
1mA....7,5kOhm...................45kOhm
10mA...1,4kOhm................... 8,3kOhm



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Zitat :

Warum hat man in der Kollektorschaltung eine kleine Spannungsverstärkung? Ist das auch von der Dotierung abhängig?

Die Spannungsverstärkung in Kollektorschaltung ist nicht einfach "klein", sondern fast genau 1 (aber ein bisschen weniger als 1).
Das liegt daran, daß die Emitterspannung, unabhängig von der Kollektorspannung, und wenig abhängig vom Emitterstrom stets etwa 650mV negativer ist als die Basis.
Mit der Dotierung hat das wenig zu tun, es sei denn, der Transistor wäre völlig unbrauchbar.
Schau Dir mal die mittlere Zeile der obigen Tabelle an:
Nimm an, am Emitter des Transistors wäre ein Lastwiderstand von 1kOhm, und der Transistor liefe mit 1mA.
Die Spannung am Lastwiderstand ist dann 1V.
Jetzt wollen wir die Eingangsspannung so erhöhen, das am Ausgang 1,1V sind. Aus dem Emitter fließen dann 1,1mA.
Dazu muß ich den Basisstrom um 0,1mA/350 = 0,29µA erhöhen.
Bei dem Eingangswiderstand von 7,5kOhm muss dazu die U_BE um 2,18mV größer werden.
Da die Emitterspannung ja nun 100mV höher ist, muß die neue Eingangsspannung 102,18 mV höher sein als vorher.
Somit ergibt sich für die Spannungsverstärkung V=U_aus/U_ein = 0,98.
Interessant ist der Eingangswiderstand der Schaltung: 0,29µA bei 102,18mV entspricht 352 kOhm, also rund 350 mal mehr als der Lastwiderstand.
Ich denke, Du verstehst nun, warum man die Kollektorschaltung gelegentlich auch als Emitterfolger oder Spannungsfolger oder als Impedanzwandler bezeichnet.



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Zitat :

Kann man anstatt einen bipolaren Transistor auch einen FET nehmen?

Das kommt ganz darauf an, was Du bezwecken willst.
Ein 1:1 Austausch ohne Schaltungsänderung wird sehr selten möglich sein, da ein FET grundverschiedene Charakteristik hat, es ist ein spannungsgesteuertes Bauteil, während der Bipolartransistor stromgesteuert ist.
Außerdem gibt es verschiedene (gebräuchliche) Spielarten: Anreicherungs-MOSFET, Verarmungs-MOSFET, Sperrschicht- oder J-FET (den nur als Verarmungstyp).
Und diese drei Grundtypen gibt es dann auch noch jeweils in p-Kanal und n-Kanal Ausführung.
Ausnahmsweise mag es aber angehen, in dem obigen Beispiel den npn Transistor BC547 durch einen N-Kanal-J-FET wie den BF246 zu ersetzen. Die Spannungsverstärkung wird geringer sein, dafür der Eingangswiderstand riesig, da praktisch überhaupt kein Eingangsstrom mehr fließt.


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Zitat :

Wer kann mir bitte sagen, was ist eine Strom und Spannungsgegenkopplung beim Transistor? Gibt es die auch bei FET?

Wie ich oben schon erwähnte, ist die Spannungs-Strom-Charakteristik des Bipolar-Transistors aufgrund der Diodenkennlinie der Basis-Emitterdiode stark nichtlinear.
Da der Transistor oft spannungsgesteuert eingesetzt wird, erscheint das Ausgangssignal gegenüber dem Eingangssignal verzerrt.
Man kann sich auch vorstellen, daß das Ausgangssignal aus dem unverzerrt verstärkten Eingangssignal plus den Verzerrungen besteht, die der Transistor in gesetzmäßiger Weise aus dem Eingangssignal herstellt.
Wenn man einen Bruchteil dieses Ausgangssignals genau gegenphasig dem Eingangssignal beimischt, wird der Transistor die von ihm selbst produzierten Verzerrungen ebenfalls, aber mit umgekehrtem Vorzeichen verstärken, sodaß sie sich am Ausgang teilweise aufheben.
Das ist das Prinzip der Gegenkopplung.
Der Unterschied zwischen Strom- und Spannungsgegenkopplung ist die Art, wie das Gegenkopplungssignal aus dem Ausgangssignal gewonnen wird.
Wenn man es z.B. mit einem Spannungsteiler aus der Ausgangsspannung gewinnt, spricht man von Spannungsgegenkopplung.
Gewinnt man es, indem man den Strom durch die Last z.B. mit einem Meßwiderstand im Fußpunkt der Last, oder auch einen Transformator in der Zuleitung zur Last bestimmt, so hat man es mit Stromgegenkopplung zu tun.
Somit ist klar, daß beide Gegenkopplungsarten nichts mit dem Innenleben des Transistors (oder einer anderen Blackbox, wie etwa einem Operationsverstärker) zu tun haben.
Allerdings kann man die Stromgegenkopplung nicht immer einsetzen.
Wenn nämlich der Lastwiderstand des Verstärkers sehr hoch ist, fließt praktisch kein Laststrom, aus dem man etwas auskoppeln könnte.

Der einfachste Weg einem Transistor in Emitterschaltung mit einer Spannungsgegenkopplung zu versehen, ist es, den Spannungsteiler für die Basisvorspannung nicht direkt aus der Betriebsspannung zu versorgen, sondern mit dem Kollektor zu verbinden.
Als Nebeneffekt wird dadurch der Eingangswiderstand der Schaltung stark erniedrigt, weil über den Widerstand eine dem Eingangsignal gegenphasige Spannung zum Eingangssignal addiert wird.

Ein einfacher Weg einen Verstärkertransistor mit einer Stromgegenkopplung zu versehen, ist die Verwendung eines Emitterwiderstandes.
Wenn z.B. der Lastwiderstand im Kollektorkreis 5kOhm beträgt, und der Emitterwiderstand 1kOhm, so wird, wie wir oben bei der Besprechung der Kollektorschaltung gesehen haben, folgendes passieren:
Der Emitter folgt recht genau dem Eingangssignal an der Basis. Die Kollektorspannung ist dafür unerheblich, solange sie nur groß genug ist.
Wegen des Emitterwiderstandes bekomme ich für jedes Volt Eingangsspannungsänderung fast genau 1mA Emitterstromänderung.
Da der Kollektorstrom bis auf den geringen Basisstrom exakt dem Emitterstrom entspricht, ruft das am Lastwiderstand eine Spannungsänderung von fast genau 5V hervor.
Das bedeutet, das wir nun einen Verstärker mit der Verstärkung 5 haben, und daß diese Verstärkung allein durch das Verhältnis der beiden Widerstände festgelegt ist, und praktisch unabhängig davon ist, ob der Transistor eine Stromverstärkung von 100 oder 1000 hat.
Als Nebeneffekt tritt, wie wir oben bei der Besprechung der Kollektorschaltung gesehen haben, eine kräftige Erhöhung des Eingangswiderstandes auf.


Während die Bedeutung der Gegenkopplung zur Verminderung der nichtlinearen Verzerrungen allgemein bekannt ist, wird oft übersehen, daß man damit auch lineare Verzerrungen, sprich den Frequenzgang, vermindern kann.
Wie wir oben gesehen haben, hängt die Verstärkung (in Grenzen natürlich) nicht von den Eigenschaften des Transistors, sondern allein vom Grad der Gegenkopplung ab. Also kann man auch einen frequenzbedingten "Schwächeanfall" des Transistors in weiten Grenzen ausgleichen. Davon macht man in Breitbandverstärkern, z.B. in Oszillographen ausgiebig Gebrauch.
Der Preis für die guten Eigenschaften ist eine geringe Verstärkung pro Stufe. Deshalb findest Du dort oft Verstärkerstufen, die so stark gegengekopelt sind, daß sie kaum über eine Verstärkung von 2 herauskommen.
Das kann man aber ganz gut beheben, in dem man viele Stufen verwendet. Transistoren kosten ja nicht die Welt.

Zum Schluß noch ein Anekdötchen, das Dir zeigt, daß Du Dich in bester Gesellschaft befindest, wenn Du das Prinzip der Gegenkopplung nicht sofort verstanden hast:

Als die Gegenkopplungsschaltung erfunden wurde, ich glaub es war in den 1920er Jahren, wollte der Erfinder sie zum Patent anmelden.
In seiner unergründlichen Weisheit lehnte das US-Patentamt den Antrag mit der Begründung ab, daß niemand eine Schaltung würde benutzen wollen, die die Verstärkung verringert.


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Uff, das war eine schwere Geburt !

Hallo Perl, danke dir für die Antworten...bin mal mit dem lesen fertig...ich glaub ich brauch noch ein paar Monate! So nun werde ich mich mal dahinterklemmen um das gelesene auch auf die Reihe zu kriegen...
War echt super, das du dir die Zeit genommen hast!

Danke, liebe Grüsse, Andrea

Und sorry, wollte nicht im Urlaub stören, aber ...

http://www.mathehotline.de/physik4u.....04156


grandola