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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Warum sind PNP Transistoren "schlechter" als NPN


Autor: guest...Rainer (Gast)
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Hallo, bin gerade auf den "alten Beitrag" gestossen und frage mich nach 
Durchlesen immer noch, warum sich das Gerücht hält. Wenn man mal von den 
Beiträgen zu Germaniumtransistoren absieht (GE also, die mich nicht 
interessieren), dann scheint es tatsächlich ein Faktum aus der 
Anfangsära zu sein. Bei heutigen PNP-Transistoren sind doch fast alle 
Kennwerte mit NPN-Typen vergleichbar. Habe bei einigen Typen geringere 
Transitfrequenzen gefunden und manchmal größere BE oder BC-Kapazitäten, 
aber sonst nichts. Ich kenne auch die diskreten Audio-Schaltungen mit 
Longtail-PNP-NPN Eingängen und da wird mit geringerem Rauschen 
argumentiert, was mich aber schon damals wie heute nicht überzeugt hat. 
Auffällig finde ich aber, dass moderne Darlington-PNP's deutlich 
geringere Verstärkung zeigen. Z.B 5000 bei PNP gegen 20000 bei NPN. Da 
auch in "alten diskreten Schaltungen" immer wieder an "überraschender" 
Stelle PNP-Transistoren auftauchen (keine AB-Endstufen versteht sich), 
ist die Frage sicher berechtigt, warum?! Wahrscheinlich so etwas Simples 
wie Potential und ganz sicher keine Materialeinsparung :-)
Ich erforsche gern so "alte" Transistorschaltungen, finde aber öfter, 
als vermutet, dass sich die Schaltungen in LT nicht wie erwartet oder 
gar nicht verhalten. Na ja...wollte das mal loswerden.
Gruß Rainer

Autor: nachtmix (Gast)
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guest...Rainer schrieb:
> und frage mich nach
> Durchlesen immer noch, warum sich das Gerücht hält

Ist kein Gerücht.
Der Grund ist der, dass im Halbleitermaterial Elektronen eine höhere 
Beweglichkeit als Löcher haben. --> Bessere Leitfähigkeit, höhere 
Frequenzen.

Autor: Manfred (Gast)
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guest...Rainer schrieb:
> Wenn man mal von den Beiträgen zu Germaniumtransistoren absieht

Bei denen war es wohl umgekehrt, NPN-Germanen kamen später.

Autor: hinz (Gast)
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Manfred schrieb:
> guest...Rainer schrieb:
>> Wenn man mal von den Beiträgen zu Germaniumtransistoren absieht
>
> Bei denen war es wohl umgekehrt, NPN-Germanen kamen später.

Das hat fertigungstechnische Gründe.

Autor: duckduckgoler (Gast)
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guest...Rainer schrieb:
> Hallo, bin gerade auf den "alten Beitrag" gestossen und frage mich nach

Wo isser denn?



> ist die Frage sicher berechtigt, warum?! Wahrscheinlich so etwas Simples
> wie Potential und ganz sicher keine Materialeinsparung :-)


Na da kommen wohl mehrere Sachen zusammen. Es ist heute sicher in den 
meisten Fällen problemlos möglich einen passenden PNP Transistor für 
seine Schaltung zu finden aber grundsätzlich hat sich ja an der Physik 
nichts geändert, als das 'echte' Elektronen bald doppelt so schnell 
durchs Si wandern wie die Defektelektronen (Löcherwanderung) beim PNP 
und das resultiert dann u.A. darin das die nötige Chipfläche dem 
vernehmen nach fast dreimal größer ausfällt. PNPs sind in der Masse 
billiger.

Autor: duckduckgoler (Gast)
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duckduckgoler schrieb:

>  nach fast dreimal größer ausfällt. PNPs sind in der Masse billiger.


NPN, oups.

Autor: Der Dreckige Dan (Gast)
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Bei P- und N-Mosfets sieht es ähnlich aus. P-Mosfets sind erheblich 
langsamer, haben höhere Kapazitäten bei gleichem Rds.
Man suche sich mal einen modernen N-Optimos raus, und versuche dann, was 
Äquivalentes als P-Mosfet zu finden, viel Erfolg ;-)

Autor: Manfred (Gast)
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hinz schrieb:
>>> Wenn man mal von den Beiträgen zu Germaniumtransistoren absieht
>> Bei denen war es wohl umgekehrt, NPN-Germanen kamen später.
> Das hat fertigungstechnische Gründe.

Nach meinem Verständnis gilt das für beide Bauarten: Auf Germanium 
lassen sich leichter PNP züchten, auf Silizium eher NPN.

Autor: hinz (Gast)
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Manfred schrieb:
> hinz schrieb:
>>>> Wenn man mal von den Beiträgen zu Germaniumtransistoren absieht
>>> Bei denen war es wohl umgekehrt, NPN-Germanen kamen später.
>> Das hat fertigungstechnische Gründe.
>
> Nach meinem Verständnis gilt das für beide Bauarten: Auf Germanium
> lassen sich leichter PNP züchten, auf Silizium eher NPN.

Am Anfang war der Legierungstransistor...

Autor: A. K. (prx)
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duckduckgoler schrieb:
> und das resultiert dann u.A. darin das die nötige Chipfläche dem
> vernehmen nach fast dreimal größer ausfällt.

Die Situation bei ICs ist aufgrund der Integration etwas anders als die 
von Einzelbauteilen.

Das Substrat eines bipolaren ICs definiert die Vorzugstechnik. Aufgrund 
der erwähnten Vorteile der Elektronenleitung gegenüber der Löcherleitung 
ist das NPN. Diese Transistoren passen sich in das Substrat ein.

Will man darin den "falschen" PNP-Transistor implementieren, stört diese 
Orientierung des Substrats auf NPN. Entweder verwendet man laterale PNP 
Transistoren mit vergleichsweise miesen Eigenschaften, oder man braucht 
recht viel Platz und spezielle Herstellungstechnik, um den Transistor 
aus dem verkehrten Substrat quasi auszukoppeln. Es brauchte deshalb 
einige Zeit, bis man überhaupt in der Lage war, vertikale PNPs zu 
produzieren.

In der Anfangsphase der IC-Technik hat man daher versucht, 
PNP-Transistoren möglichst komplett zu vermeiden. Der TTL-Technik sieht 
man das deutlich an.

: Bearbeitet durch User
Autor: guest...Rainer (Gast)
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Man, ich habe doch gesagt,ohne Germanium!!!

Autor: guest...Rainer (Gast)
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...und ohne IC-Technologie. Einfache Schaltungen mit nur einem 
Transistor!
LG Rainer

Autor: guest...Rainer (Gast)
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Hallo, finde es jetzt erstaunlich, dass viele Beiträge sich meisst auf 
die Technologie zurückziehen. Ich muß keinen Transistor bauen! Aber ich 
will verstehen, was in einer simplen (Transistorschaltung) passiert!
Danke Rainer

Autor: A. K. (prx)
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Du wolltest wissen, weshalb NPN bevorzugt wird. Diese Frage wurde 
beantwortet.

Autor: Jens G. (jensig)
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@ guest...Rainer (Gast)

>Hallo, finde es jetzt erstaunlich, dass viele Beiträge sich meisst auf
>die Technologie zurückziehen. Ich muß keinen Transistor bauen! Aber ich
>will verstehen, was in einer simplen (Transistorschaltung) passiert!
>Danke Rainer

Siehe oben, oder Wikipedia ...

Autor: wink member schmodsigar (Gast)
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guest...Rainer sponn umher:
> Man, ich habe doch gesagt,ohne Germanium!!! ...und ohne IC-
> Technologie. Einfache Schaltungen mit nur einem Transistor!
> LG Rainer

Niemand hat Dir ellenlang etwas von Germanium oder ICs erzählt.
Sondern es handelte sich um einfache Erwähnungen, eingebettet in
die Versuche, Dir die Antworten auf Deine Fragen nahezubringen.

Da Du das scheinbar nicht verstehst, empfehle ich Dir, solche
Fragen zukünftig in folgender Weise zu ergänzen (Beispiel):

"Bitte den Begriff Germanium nicht erwähnen, denn ich möchte
ganz allein den Begriff Silizium in der Diskussion sehen."

Dann würde es keine Beiträge dieser Art geben, auf die Du völlig
unangebracht reagieren könntest. Vielleicht auch gar keine, aber
das wäre ja egal - solange nicht Germanium erwähnt würde. Oder?

"Na ja...wollte das mal loswerden."

Autor: MaWin (Gast)
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guest...Rainer schrieb:
> warum sich das Gerücht hält.

Na ja, NPN 2SC4913 hält 2000V aus, PNP 2SB832 nur 900V, bessere 
(bipolare höherer Spannungsfestigkeit) kenne ich nicht,
N-Kanal DMN1019 schaltet schon ab 1.2V satte 4.5A, P-Kanal AO3415A 
braucht 1.5V und schaltet trotzdem nur 1A (Enhancement-MOSFETs mit 
niedrigerer garantierter Einschaltspannung kenne ich nicht, obwohl mir 
früher sogar so aussah als wären niedrige UGS(th) mit P-Kanel 
verbreiteter). N-Kanal RYC002N05 mit 10mA garantiert bei 0.9V mal aussen 
vor.
Also ist schon ein gewisser Vorteil für NPN und N-Kanal zu sehen, nicht 
nur über die Transitfrequenz.

Autor: nachtmix (Gast)
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wink member schmodsigar schrieb:
> Dann würde es keine Beiträge dieser Art geben, auf die Du völlig
> unangebracht reagieren könntest.

Durch solche Selbstzensur würde er auch nie etwas von der 
SiGe-Technologie und ihren superben Eigenschaften erfahren.


guest...Rainer schrieb:
> Aber ich
> will verstehen, was in einer simplen (Transistorschaltung) passiert!

Aha, richtige Grundlagen also. Bestimmt meinst du mit einer simplen 
Schaltung eine mit dem Stand von 1961.
Damals war der einzige Si-Transistor, den man bei Valvo kaufen konnte, 
ein pnp-Typ (BCZ10, BCZ11).
Die Vermutung liegt nahe, dass das auch ein mit Indiumpillen legierter 
Chip aus n-Silizium war.
Aber Technologiethemen sind ja unerwünscht.

Autor: wink member schmodsigar (Gast)
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MaWin schrieb:
> Also ist schon ein gewisser Vorteil für NPN und N-Kanal
> zu sehen, nicht nur über die Transitfrequenz.

Ja, das sind aufschlußreiche Extrembeispiele (mit klarem Trend).

Wo Si-PNP nötig / unabdingbar ist, wird m. W. halt versucht, die 
anwendungsspezifischen Eigenschaften weitestmöglich ans Si!-NPN-
Pendant anzupassen / anzugleichen. (Dabei werden aktuell wichtige
Parameter verbessert.)

Dies aber geschieht natürlich auf Kosten der in jener Anwendung
gerade nicht ganz so wichtigen Parameter. (Andere P. werden dafür
noch schlechter.)

Mehr als ein Gerücht ist es also definitiv, vielleicht ist es ja
eher als "Legende mit hohem Wahrheitsgehalt" zu betrachten. :)

nachtmix schrieb:
>> Aber ich will verstehen, was in einer
>> simplen (Transistorschaltung) passiert!
>
> Aha, richtige Grundlagen also.

Hmmm... passiert denn das Entscheidende hier nicht genaugenommen
schon IM (Si-(!)) BJT? Dagegen kann man sich zu wehren versuchen,
wie man will - aber es liegt kaum an der umgebenden Schaltung.
Falsche Fragestellung also, in dem Fall. Aber was soll's - so
kleinlich sollte man nicht sein.

Autor: SoIssEs (Gast)
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guest...Rainer schrieb:
> Bei heutigen PNP-Transistoren sind doch fast alle Kennwerte
> mit NPN-Typen vergleichbar.

Das wollen viele Kunden und deshalb wird beim Chipdesign auf ähnliche 
Kennwerte geachtet, was dann zu Lasten der Chip-Fläche oder anderer 
Eigenschaften geht.

> Habe bei einigen Typen geringere Transitfrequenzen gefunden und manchmal
> größere BE oder BC-Kapazitäten

Eben, ganz ohne Einbußen bei anderen Parametern lässt sich der 
Unterschied zwischen Elektronen- und Löcherbeweglichkeit nicht 
kompensieren.

Autor: duckduckgoler (Gast)
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guest...Rainer schrieb:
> Man, ich habe doch gesagt,ohne Germanium!!!

Das ist dem Transistor egal.

P-dotiertes Material ob nun GE, Si, GaAs hat immer ungünstigere 
Eigenschaften als n-dotiertes, auch mit integrierter 
Schaltungtechnechnik hat das primär weniger zu tun.

Geh halt mal gedanklich vom BJT kurz weg und betrachte einen FET.
Im Prinzip gibts dort eine gleichgeartete durchgängige Verbindung aus p- 
o. n-dotiertem Material, der FET zeigt ja auch echtes 
Widerstandverhalten, wie das gesteuert wird ist mal egal.

Die Formeln zum Drainstrom lauten alle beginnend
~ I_D = μ_c  C_ox  ( W / L ) * ( ....)

μ_c ist die Beweglichkeit
W / L die Geometrie

https://de.wikipedia.org/wiki/Beweglichkeit_(Physi...

Zurück zum BJT da ist die Basis ja der kleinste Teil, Emitter u. 
Kollektor vergleichsweise riesig, das wird sicher Auswirkungen auf die 
Art der Konstruktion haben, wie auch immer im  Details aber eben mit 
Unterschieden auf beide Typen, spaetestens wenns an die Grenzen der 
Belastbarkeit geht fällt einer kurz.

Im niedrigen und mittleren Leistungsbereich ist eben mehr Luft und es 
lassen sich annähernd Komplemente herstellen.

Mehr muss oder will ich auch garnicht als Hobbielöter wissen ;)

Autor: guest...Rainer (Gast)
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Hallo, danke für die Beiträge! Ich habe mich mit dem "Ge-Verbot" 
sicherlich nicht ganz verständlich ausgedrückt. Nach den vielen 
Erklärungen ist es ja jedem nun klar, dass das Problem eben in der 
Herstellungstechnik liegt. Da muß man halt den passenden Typ für seine 
Anwendung raussuchen. Wenn also z.B. der NPN-Typ 300MHz Transitfrequenz 
hat und der PNP-Typ nur 100MHz, dann muß man halt in der Gesamtschaltung 
von 100MHz ausgehen. Nicht mehr und nicht weniger...Mehr wollte ich auch 
gar nicht diskutieren.
Gruß Rainer

Autor: ZF (Gast)
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guest...Rainer schrieb:
> Nach den vielen
> Erklärungen ist es ja jedem nun klar, dass das Problem eben in der
> Herstellungstechnik liegt.

Hallo Rainer,

lese noch einmal genau was z.B. nachtmix und duckduckgoler zur 
Ladungsträgerbeweglichkeit geschrieben haben. Diese ist Physik und hat 
nichts mit der Herstellungstechnik zu tun. Man kann die Folgen der 
unterschiedlichen Beweglichkeit auf einzelne Parameter durch 
Gegenmaßnahmen teilweise kompensieren - mit (meist negativen) Folgen für 
andere Parameter.

Herstellungstechnikprobleme kommen dagegen z.B. bei komplementären 
Transistoren auf einem Substrat ins Spiel - gut geht das nur für einen 
von beiden, aber seit ein paar Jahrzehnten kennt man auch dafür Tricks. 
Für die Einzeltransistoren der Eingangsfrage spielt das aber keine 
Rolle.

> Da muß man halt den passenden Typ für seine Anwendung raussuchen.
Das ist immer eine gute Idee.

Autor: Dumdi D. (dumdidum)
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guest...Rainer schrieb:
> Nach den vielen Erklärungen ist es ja jedem nun klar, dass das Problem
> eben in der Herstellungstechnik liegt.

Ich hatte die Erklaerungen eher so verstanden, dass es daran liegt, dass 
Elektronen negativ geladen sind, und somit ein P-dotiertes Substrat nur 
durch (langsamere) Loecherleitung realisiert werden kann.

Autor: wink member schmodsigar (Gast)
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Dumdi D. schrieb:
> Ich hatte die Erklaerungen eher so verstanden, dass es daran liegt, dass
> Elektronen negativ geladen sind, und somit ein P-dotiertes Substrat nur
> durch (langsamere) Loecherleitung realisiert werden kann.

Das trifft auch zu, genau das ist das grundsätzliche Problem.

guest...Rainer schrieb im Beitrag #5409138
> Da muß man halt den passenden Typ für seine
> Anwendung raussuchen.

Na klar - wie immer. Aber das geht oft nur ausreichend gut, weil in der
Fertigung mit o.g. Tricks gearbeitet wird. (Und so manche davon 
entstammen
- mit Verlaub - auch Problemlösungen bei der PNP/NPN IC-Herstellung.)

Autor: guest...Rainer (Gast)
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nachtmix schrieb:
> Aha, richtige Grundlagen also. Bestimmt meinst du mit einer simplen
> Schaltung eine mit dem Stand von 1961.
> Damals war der einzige Si-Transistor, den man bei Valvo kaufen konnte,
> ein pnp-Typ (BCZ10, BCZ11).

Ja und nein, kommt zeitlich fast hin, aber ich habe seinerzeit quasi in 
einer Nachtschicht auf dem Küchentisch einen 3-stufigen 
Kopfhörerverstärker gebaut. Natürlich eisenlos...die Bakelit-Kopfhörer 
vom Vadder hatten, glaube ich 2Kohm, und die Transistoren waren sowas 
wie OCxx, halt die schwarz angemalten Zäpfchen. Sperrholzbrettchen mit 
aufgeschraubten Lötösen, Spannungsversorgung Märklintrafo mit 
Germanium-Gleichrichter und am Morgen habe ich mit 
glücklich-dummseeligem Gesichtsausdruck das weiße Album von den Beatles 
rauf und runter gehört. Die Familie hat respektvoll an der Anrichte 
gefrühstückt :-)
Danke, Rainer

Autor: M. H. (bambel2)
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Angehängte Dateien:

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nachtmix schrieb:
> Ist kein Gerücht.
> Der Grund ist der, dass im Halbleitermaterial Elektronen eine höhere
> Beweglichkeit als Löcher haben. --> Bessere Leitfähigkeit, höhere
> Frequenzen.

Richtig. Zur Veranschaulichung habe ich mal das Halbleiter-Layout eines 
CMOS-Inverters angehängt. Sind zwar P- und N-Kanal Transistoren, aber 
das Phänomen ist das gleiche.

Links ist der Eingang dargestellt (blaue Verbindung links). Von da aus 
geht das Eingangssignal auf die rote Lage nach oben und unten. Die rote 
Lage (Polysilizium) bildet das Gate der Transistoren.

Da, wo die Gate-Lage den rot-grau karierten Bereich überlappt bildet 
sich der Kanal des P-Kanal-Transistors. Links und rechts daneben bilden 
sich die Drain-/Source-Anschlüsse.

Da, wo die Gate-Lage den grünen Bereich kreuzt, bildet sich der 
N-Kanal-Transistor.

Ziel ist es, dass die beiden Transistoren mehr oder weniger die selben 
Schalteigenschaften haben. Es ist deutlich zu sehen, dass die Weite des 
P-Kanals deutlich größer ist als die des N-Kanals. Die Länge ist bei 
beiden gleich.

Für alle, die mit den Begriffen Weite und Länge nichts anfangen können:

http://www.electronics-tutorial.net/wp-content/upl...

Da sieht man einen N-Kanal-Transistor. Die Weite des Transistors ist mit 
W gekennzeichnet. Die Länge mit L. Die "Leitfähigkeit" eines Transistors 
ist proportional zum Verhältnis W/L des Transistors, vereinfacht gesagt.

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