Verständnisfrage Transistor

Eher hier mal schauen
https://de.wikipedia.org/wiki/Ersatzschaltungen_des_Bipolartransistors

In extremer Kurzform:

Die Spannung Ube baut die - sowieso schon extrem dünne - Sperrschicht 
zwischen B und E ab (anschaulich: verringert deren Breite), so dass die 
vom Emitter emittierten Elektronen zum größten Teil nicht zur Basis 
abließen, sondern von der größeren Spannung Uce beschleunigt und zum 
Kollektor angezogen werden (Strom Ic).
Dabei bestimmt die Spannung Ube natürlich (e-Funktion) die Größe des 
Emitterstromes Ie.
Quasi als (unerwünschter) Nebeneffekt werden dabei aber einige 
Ladungsträger (1% oder weniger) zur Basis abwandern und den Basisstrom 
Ib bilden.
Weil dieser Basistrom Ib in einem fast konstanten Verhältnis zum 
Koll.Strom Ic steht (Ib=Ic/B) steht in manchen 
Büchern/Veröffentlichungen, dass Ib den Strom Ic "steuern" würde.
Das ist physikalisch falsch - bei vielen Rechnungen kann man aber "so 
tun als ob", weil die Beziehung Ic=B+Ib ja nicht fasch ist.
Bloß beim Entwurf (und beim Verständnis von Schaltungen) sollte man 
schon wissen was wirklich passiert im Innern des Transistors.

Jan22 schrieb:
> im Ersatzschaltbild
Du hast jetzt was wichtiges gelernt: Ersatzschaltbilder und auch 
Prinzipschaltungen "funktionieren" nur in dem Betriebsbereich, für den 
sie gezeichnet wurden.

Das ist etwas, das die vielen, die zum ersten Mal eine Brückenschaltung 
entsprechend dem "Prinzipschaltbild" nachbauen und die 4 Transistoren an 
4 Ausgänge ihres µC anschließen, dann auch merken.

> Es heißt immer, die Elektronen, die vom Emitter durch Ube zur Basis
> fließen, werden zum Großteil vom "noch höheren" Potenzial am Collector
> abgesaugt.
Du darfst nicht in der Denkweise zwischen dem elektrotechnischem 
"Löcherstrom" und dem physikalischen Elektronenstrom umschwenken, das 
gibt einen Knoten ins Hirn.
Für die Elektronik reicht es aus, wenn du dir merkst:
1. der Strom fließt von Plus nach Minus
2. der Strom fließt in Pfeilrichtung

Was bedeutet "in Pfeilrichtung"? Sieh dir die Symbole von Diode, 
Thyristor, Transistor, Mosfet, LED, Triac, ... an: überall sind Pfeile 
drin. Und diese Pfeile zeigen eine "Vorzugs"-Stromrichtung an. Daran 
erkennt man mit einem Blick: wenn ein Emitterpfeil in Richtung Plus 
zeigt, dann ist der Transistor falsch herum eingebaut (wobei Ausnahmen 
die Regel bestätigen).

kurz&knapp, nicht nur schrieb:
> > Also dein statisches Modell zweier Dioden verändert sich durch die vom
> Basistrom hervorgerufene Rekombination zu einen Ersatzschaltbild eines
> Widerstandes, da die pn-Sperrschicht verschwindet.

Dieses Modell ist auch ziemlich irreführend (wozu braucht man überhaupt 
ein Modell?). Der Basisstrom ruft auch nicht Rekombinationen hervor, 
sondern er ist das Ergebnis davon!
Auch "verschwindet" nicht die Sperrschicht - sie wird als Funktion der 
Spannung Ube beeinflusst (schmaler) und erlaubt so die Beeinflussung des 
Koll.stromes (e-Funktion).
Das Ersatzschaltbild mit einem Widerstand ist auch nicht korrekt, denn 
dann müsste zwischen Uce und Ic ja eine nahezu lineare Abhängigkeit 
bestehen, was nun gerade nicht der Fall ist. Im Gegenteil: Ic bleibt ja 
nahezu konstant beu Uce-Schwankungen, was gerade zum Modell der 
gesteuerten Stromquelle führt.

Jan22 schrieb:
> Aber warum ist das überhaupt möglich, es ist hier
> doch eine Diode in Sperrichtung vorhanden?!

Nein. Die Diode befindet sich im Ersatz(!)schaltbild. Und nur dort.

Axel S. schrieb:
> Nein. Die Diode befindet sich im Ersatz(!)schaltbild. Und nur dort.

Falsch, jeder bipolare Transistor lässt sich auch prima als Diode 
verwenden. Nur die Kennwerte der Dioden sind halt nicht so günstig...

Axel S. schrieb:
> Jan22 schrieb:
>> Aber warum ist das überhaupt möglich, es ist hier
>> doch eine Diode in Sperrichtung vorhanden?!
>
> Nein. Die Diode befindet sich im Ersatz(!)schaltbild. Und nur dort.

ABER: Der pn-Übergang wischen B und C ist im Verstärkerbetrieb schon in 
Sperr-Richtung gepolt. Erst bei Sättigung (Schalterbetrieb) ist auch 
dieser Übergang in Durchlassrichtung vorgespannt.
Zum (falschen) Bild mit den Dioden:
Das Bild ist deshalb falsch, weil es nicht zwei entkoppelte pn-Übergänge 
sind. Wir haben durch die gemeinsame p-Zone in der Mitte (beim npn Typ) 
ja zwei pn-Übergänge, die aber miteinander gekoppelt sind und von denen 
einer "offen" und der andere gesperrt ist (im Normalbetrieb).
Gerade diese Verkopplung bewirkt ja das Transistor-Prinzip (und erklärt 
auch den Early-Effekt).

"Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile."
Aristoteles (384 v.Chr. - 322 v.Chr.)

Da Baby schrieb:
> Das findet man in jedem Grundlagenbuch... Die Elektronen fließen vom
> Emitter in die Basis (Bais-Emitter Diode in Vorwärtsrichtung). Dort
> rekombinieren sie aber zum Großteil nicht, weil die Basisschicht sehr
> kurz ist und werden vom Elektrischen Feld der Basis Kollektor Diode
> (Basis Kollektor Diode in Sperrrichtung -> Raumladungszone ->
> Elektrisches Feld) zum Kollektor hin abgesaugt.

Alles vollkommen richtig - leider steht aber in manchen 
Grundlagenbüchern, dass die Größe dieses dabei entstehenden Stromes Ie 
(bzw. Ic) nicht von Ube, sondern von dem dabei fließenden Basisstrom Ib 
bestimmt würde (was total unlogisch ist).

Lutz V. schrieb:
> leider steht aber in manchen Grundlagenbüchern, dass die Größe dieses
> dabei entstehenden Stromes Ie (bzw. Ic) nicht von Ube, sondern von dem
> dabei fließenden Basisstrom Ib bestimmt würde
Ist aber halt nun mal so. Wie es schon weiter oben steht: bei konstantem 
Ib ist auch der Ie weitgehend konstant (und zwar unahängig von der Uce). 
Dafür gibt es den Parameter Stromverstärkung B. Dass natürlich der Ib 
von der Ube in Form einer Diodenkennlinie abhängt, ist irgendwie 
logisch. Aber man berechnet Transistorschaltungen immer mit dem Ib und 
nimmt vereinfacht eine Ube von ca. 0,6...0,7V an.

Oder andersrum: welche Formel oder welches Diagramm im DB gibt die 
Abhängigkeit des Ie von der Ube an?

Lothar M. schrieb:
> Lutz V. schrieb:
>> leider steht aber in manchen Grundlagenbüchern, dass die Größe dieses
>> dabei entstehenden Stromes Ie (bzw. Ic) nicht von Ube, sondern von dem
>> dabei fließenden Basisstrom Ib bestimmt würde
> Ist aber halt nun mal so.
 Nein, leider nicht.
Wie gesagt - man tut oft so, als ob....bei Nachrechnungen von 
Schaltungen funktioniert das ja auch meistens, bloß nicht beim Entwurf. 
Da muss man wissen, wie und warum der Transistor funktioniert.

> Oder andersrum: welche Formel oder welches Diagramm im DB gibt die
> Abhängigkeit des Ie von der Ube an?

Das ist die exponentielle Steuerkennlinie Ie=f(Ube).
Aber Du hast recht: Im Datenbuch nicht angegeben. Warum nicht? Weil man 
sie nicht braucht.
Man gibt sich normalerweise doch den Strom Ic vor - und benutzt jetzt 
das Wissen um diese Steuerkennlinie (die ja einen bekannten Verlauf hat, 
den man nicht im Datenbuch angeben muss) und ermittelt daraus die für 
die Verstärkung zugehörige Steilheit gm=Ic/Ut.
Man benutz also ständig die Spannungssteuerung - nur manche machen sich 
das gar nicht bewusst.
Und die Unsicherheit bei Ube=0,65...0,7V wird durch Re-Gegenkopplung 
extrem abgemildert.

Steve van de Grens schrieb:

> Wenn man die Grundlagen (so wie ich) nicht verstanden hat, sieht das von
> außen betrachtet genau so aus. Und mit dieser Vorstellung im Kopf komme
> ich klar. Damit kann ich rechnen und Schaltungen designen. Mit der
> fachlich korrekten Sichtweise hingegen nicht.

Darf ich Dich was fragen?
Ist dir klar, dass Du bestimmt beim "designen" von Schaltungen das 
Prinzip der Steuerung durch Ube benutzt (scheinbar, ohne es zu 
realisieren)?
* Benutzt Du die Gegenkopplung durch Re? Warum?
* Dimensionierst Du einen Basis-Teiler hoch- oder niederohmig? Warum?
* Welche Verstärkungsformel nimmst Du für das Design?
* Wie legst Du Gegentakt-B-Stufen aus?
* Wie definierst Du den Sättigungsbetrieb?

PS: Wenn man das gezeigte mechanische Modell genau betrachtet (und unter 
dem Aspekt mechanischer Kräfte untersucht): Es kann gar nicht 
funktionieren! Wie soll den der kleine "Schieber" den viel größeren, der 
zudem einen viel größeren Strom hemmen soll, bewegen können? Mechanisch 
unmöglich!
Es wird furchtbar viel Unsinn produziert.....wie auch das zuvor gezeigte 
Bild vom "Transistor man". Der biopolare Transistor ist nie und nimmer 
ein gesteuerter Widerstand!

Steve van de Grens schrieb:
> Wahrscheinlich ist das so. Ich kann das schlecht beurteilen, weil es
> eben nicht verstanden habe.

Warum gibst Du Dich damit (mit dem Nicht-Verstehen) denn zufrieden?
Ist im Prinzip doch ganz einfach (wie ich es in meinem ersten Beitrag in 
Kurzform beschrieben habe). Und wenn Du Nachfragen hast....kein problem.

Lutz V. schrieb:
> Es kann gar nicht
> funktionieren! Wie soll den der kleine "Schieber" den viel größeren, der
> zudem einen viel größeren Strom hemmen soll, bewegen können? Mechanisch
> unmöglich!

Ach doch, mit der richtigen Übersetzung geht das. Das ist ja kein 
Funktionsmodell im kausalen Sinne, bzw. ein stark abstrahiertes. Mir hat 
ein ähnliches als Jugendlicher geholfen die Funktion des Transistors zu 
verstehen.

Lothar M. schrieb:
> Oder andersrum: welche Formel oder welches Diagramm im DB gibt die
> Abhängigkeit des Ie von der Ube an?

Zumindest gibt es die Steilheit S = dIc/dUbe = Ic/Ut [mA/V]. Die 
Steilheit S ist vielen unbekannt, obwohl sie ungefähr genauso wichtig 
ist wie die Stromverstärkung B bzw. ß.

Bei Röhren ist die Steilheit eine der zentralen Größen. Allerdings ist 
sie bei diesen rein konstruktionsbedingt, während die beim Transistor 
nur vom Kollektorstrom (bei konst. Temperatur) abhängig ist.

Beispiel: Emitterschaltung ohne Gegenkopplung mit Ic = 1 mA. S ~ 40 
mA/V. Bei Rc = 1k ergibst sich die Verstärkung grob zu v = S·Rc = 40. 
Alleine mit B/ß läßt sich dies nicht berechnen. Und: v ist unabhängig 
vom Transistor

Steve van de Grens schrieb:
> Weil es mir schon viele Leute schriftlich und mündlich beizubringen
> versucht haben. Ich schnalle es trotzdem nicht. Lass gut sein, es wäre
> Zeitverschwendung.

Dann nimm es einfach so hin und rechne mit den praktischen Formeln. Das 
Verständnis kommt mit der Zeit.

Mohandes H. schrieb:
> Die
> Steilheit S ist vielen unbekannt, obwohl sie ungefähr genauso wichtig
> ist wie die Stromverstärkung B bzw. ß.

Ich gehe deutlich weiter und sage: Die Steilheit ist - was den 
verstärkenden Linearbetrieb des Transistors angeht - ganz allein 
ausschlaggebend!
Sie steht als einzige Transistorgröße doch in der Verstärkungsformel 
drin!

Die sog. "Stromverstärkung" (wer meinen Ausführungen zustimmt, weiß, 
warum ich das in Anführungszeichen setze), bestimmt nur den 
Eingangswiderstand der Stufe und wird evtl. bei der Dimensionierung des 
Basisteilers berücksichtigt.

> Und: v ist unabhängig vom Transistor

Ja, das unterstreiche ich! Gleicher Arbeitspunkt - gleiche Verstärkung, 
unabhängig davon, ob B=100 oder 200.

Mohandes H. schrieb:
> Zumindest gibt es die Steilheit S = dIc/dUbe = Ic/Ut [mA/V]. Die
> Steilheit S ist vielen unbekannt, obwohl sie ungefähr genauso wichtig
> ist wie die Stromverstärkung B bzw. ß.
Leider taucht sie eben nicht im Datenblatt auf. Sie taucht zum 
Selberrechnen bestenfalls als Diagramm Ic = f(Ube) auf und muss dann mit 
dem passend kleinen dUbe selbst berechnet werden.

Lutz V. schrieb:
> Mohandes H. schrieb:
>> Und: v ist unabhängig vom Transistor
> Ja, das unterstreiche ich! Gleicher Arbeitspunkt - gleiche Verstärkung
Muss ja so sein, wenn man den gleichen Arbeitspunkt mit gleichem 
dIc/dUbe einstellt.

Allerdings bedeutet "unabhängig vom Transistor" eben nicht, dass ich in 
irgendeine Schaltung anstelle eines BC547C einfach so z.B. einen 2N3055 
einsetzen kann und dann automatisch die selbe Verstärkung habe.

Aber diese Diskussion ist sowieso weit fernab von dem, was dem TO beim 
Verständnis von Transistoren hilft.

Lothar M. schrieb:
> Mohandes H. schrieb:
>> Zumindest gibt es die Steilheit S = dIc/dUbe = Ic/Ut [mA/V]. Die
>> Steilheit S ist vielen unbekannt, obwohl sie ungefähr genauso wichtig
>> ist wie die Stromverstärkung B bzw. ß.
> Leider taucht sie eben nicht im Datenblatt auf. Sie taucht zum
> Selberrechnen bestenfalls als Diagramm Ic = f(Ube) auf und muss dann mit
> dem passend kleinen dUbe selbst berechnet werden.
>

Sie kann auch nicht im Datenblatt auftauchen, da die Steilheit (gm) eine 
simple Funktion des zu wählenden Kollektorstromes Ic ist: gm=Ic/Ut 
(Temperaturspannung Ut). Sie ist doch weiter nichts als die Steigung der 
Spannungs-Steuerkennlinie Ic=f(Ube). (Also nicht über ein "kleines dUbe" 
zu berechnen.)
Was soll da also spezifiziert werden?

Lutz V. schrieb:

> sondern von der größeren Spannung Uce beschleunigt und zum
> Kollektor angezogen werden (Strom Ic).

Das die Uce grösser als Ube ist ist keine Voraussetzung.
Der Transistor funktioniert auch, wenn Uce kleiner als Ube ist.

Harald W. schrieb:
> Lutz V. schrieb:
>
>> sondern von der größeren Spannung Uce beschleunigt und zum
>> Kollektor angezogen werden (Strom Ic).
>
> Das die Uce grösser als Ube ist ist keine Voraussetzung.
> Der Transistor funktioniert auch, wenn Uce kleiner als Ube ist.

Ja, natürlich - als Schalter im Sättigungsbetrieb (praktisch zwei Dioden 
in Reihe im Durchlassbetrieb).

Lothar M. schrieb:
> Allerdings bedeutet "unabhängig vom Transistor" eben nicht, dass ich in
> irgendeine Schaltung anstelle eines BC547C einfach so z.B. einen 2N3055
> einsetzen kann und dann automatisch die selbe Verstärkung habe.

Eben doch. Rein formal ergibt sich die Steilheit S (gm) gemäß S = Ic/Ut 
mit Ut = 'Temperaturspannung) ~26 mV bei 25°C.
Und das gilt in identischer Schaltung für einen BC547 ebenso wie für den 
2N3055! Gibt ja zum Glück noch paar Parameter - sonst gäbe es nur 
einen Transistor.

Interessanterweise ist die Steilheit vielen unbekannt, während die 
Stromverstärkung jeder kennt.

Allerdings habe ich noch nicht herausgefunden wie sich die Steilheit bei 
anderen Halbleitern wie Germanium oder Galliumarsenid verhält. 
Vielleicht weiß das jemand aus der Runde?

> Muss ja so sein, wenn man den gleichen Arbeitspunkt mit gleichem
> dIc/dUbe einstellt.

Gleicher Ic = gleiche Steilheit. Ist z.B. bei der Cascode-Schaltung 
wichtig: gleiches S für beide Transistoren.

Lutz V. schrieb:
> Ja, natürlich - als Schalter im Sättigungsbetrieb (praktisch zwei Dioden
> in Reihe im Durchlassbetrieb).

Wo sind da 2 Dioden im Durchlassbetrieb in Reihe? Da sind eher die 2 
Dioden B-E und B-C im Durchlassbetrieb (fast) parallel.

Mohandes H. schrieb:
> Eben doch. Rein formal ergibt sich die Steilheit S (gm) gemäß S = Ic/Ut
> mit Ut = 'Temperaturspannung) ~26 mV bei 25°C. Und das gilt in identischer
> Schaltung für einen BC547 ebenso wie für den 2N3055!
"In identischer Schaltung" sollte heißen "bei gleich großem 
Kollektorstrom Ic".

> Gleicher Ic = gleiche Steilheit.
In der Praxis haben aber diese beiden Transistoren mit der identischen 
Aussenbeschaltung eben nicht genau den selben Kollektorstrom, weil 
bereits die Ic = f(Ube) unterschiedlich verlaufen und zudem die 
Stromverstärkung B unterschiedlich ist. Es wird sich also bei der 
identischen Aussenbeschaltung bei beiden ein unterschiedlicher AP (Ic) 
einstellen. Und damit dann auch eine unterschiedliche Steilheit.

> Interessanterweise ist die Steilheit vielen unbekannt, während die
> Stromverstärkung jeder kennt.
Ja, weil die allerwenigsten einen Transistorverstärker konstruieren und 
sich um einen Arbeitspunkt im Kleinsignalbereich scheren müssen.
Den allermeisten reicht es, einen Transistor als Schalter richtig 
einzusetzen. Und nicht wenige haben damit schon ihre liebe Not.

Dirk St schrieb:
> Mit Gruss
>
> Vielleicht ist die Modell-
> vorstellung eines JFETs besser geeignet, um Vorgänge an N-P (P-N)
> Übergängen grundlegend zu vermitteln.
> Diese Dioden Darstellung als Ersatzschaltbild für einen BJT
> kenne ich auch, seit einem Herrn Richter mit Kosmos Baukästen.
>
> Dirk St


Nein - ich denke nicht. Nicht umsonst werden die FETs als unipolare 
Transistoren bezeichnet, denn sie arbeiten ja nach einem ganz anderen 
Prinzip - ohne die für die bipolaren Transistoren typischen Vorgänge am 
pn-Übergang.

Lothar M. schrieb:
>> Interessanterweise ist die Steilheit vielen unbekannt, während die
>> Stromverstärkung jeder kennt.
>
> Ja, weil die allerwenigsten einen Transistorverstärker konstruieren und
> sich um einen Arbeitspunkt im Kleinsignalbereich scheren müssen.
> Den allermeisten reicht es, einen Transistor als Schalter richtig
> einzusetzen. Und nicht wenige haben damit schon ihre liebe Not.

Ist eben (nicht mehr so populäre) Analogtechnik, andererseits jedoch 
auch Grundlagen.

Die Steilheit ist auch für den Eingangswiderstand rBE einer Stufe von 
Bedeutung: rBE = ß/S.

Dirk St schrieb:
> ... seit einem Herrn Richter mit Kosmos Baukästen.

Ja, die Bücher von Heinz Richter mochte ich gerne. Auch wenn viele 
seiner Schaltungen wahre 'Kunstschaltungen' waren, die oft nur mit Mühe 
zum Funktionieren überredet werden konnten. Ich denke da z.B. an meinen 
ersten Superhet. Und der Kosmos Radiomann war mein Einstieg in die 
Elektronik.