Transistor Klasse E

Kniff: Drei Betriebsweisen in einem Bauteil setzen voraus, dass etwas sie umschaltet, also einen steuernden Anschluss. Prüfe die vier Bauteile danach, ob an ihnen überhaupt etwas einstellbar ist — nur bei einem ist das der Fall.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Kondensator – Der Kondensator speichert Ladung und hat keinen Anschluss, mit dem sich sein Verhalten steuern ließe.
• Diode – Die Diode lässt eine Richtung durch und sperrt die andere, aber ihr Verhalten ist damit festgelegt und nicht einstellbar.
• Transformator – Der Transformator überträgt Wechselspannung mit einem festen Übersetzungsverhältnis; er verstärkt nichts und wird von nichts gesteuert.

Mehr dazu: Der bipolare Transistor

Kniff: Gefragt ist der Werkstoff, aus dem der Transistor gemacht ist, nicht seine Wirkung. Die drei falschen Antworten beschreiben entweder eine ganz andere Bauteilklasse oder ein Verhalten des Widerstands.

Warum die anderen nicht stimmen:

• ein Laserbauelement. – Ein Laserbauelement erzeugt Licht; der Transistor steuert Ströme, und Licht kommt in seiner Aufgabe nicht vor.
• ein Kaltleiterbauelement. – Kaltleiter beschreibt, wie sich ein Widerstand mit der Temperatur verändert — eine Eigenschaft, keine Werkstoffklasse.
• ein Nichtleiterbauelement. – Ein Nichtleiter leitet überhaupt nicht; ein Transistor muss den Kollektorstrom führen können, sonst hätte er keine Funktion.

Mehr dazu: Der bipolare Transistor

Kniff: Alle vier Antworten haben denselben Bau: eine kleine Größe steuert eine große. Setze deshalb an beiden Stellen den Anschluss ein und prüfe, ob er dort stehen kann: klein und steuernd ist die Basis, groß und gesteuert ist der Kollektorstrom.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Mit einem geringen Emitterstrom wird ein großer Kollektorstrom gesteuert. – Der Emitter steht an der Stelle der Steuerung, obwohl er gerade den größten Strom führt; er kann also nicht der geringe Strom sein.
• Mit einem geringen Kollektorstrom wird ein großer Emitterstrom gesteuert. – Ursache und Wirkung sind getauscht: der Kollektorstrom ist der gesteuerte, nicht der steuernde, und klein ist er auch nicht.
• Mit einem geringen Emitterstrom wird ein großer Basisstrom gesteuert. – Hier sind beide Anschlüsse falsch besetzt; die Basis führt den kleinsten Strom und kann deshalb nicht das große Ergebnis der Verstärkung sein.

Mehr dazu: Der bipolare Transistor

Kniff: Bipolare Typen werden nach ihrer Schichtfolge benannt, nicht nach einer Bauform. Drei Antworten tragen „FET“ im Namen und gehören damit zur anderen Familie — bleibt nur eine übrig.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Sperrschicht-FETs – Der Sperrschicht-FET ist ein Feldeffekttransistor; seine Anschlüsse heißen Drain, Gate und Source, und bipolar ist er nicht.
• Dual-Gate-MOS-FETs – Auch hier verrät der Name das Gate und damit die Feldeffektfamilie; „Dual-Gate“ beschreibt zwei Steuereingänge, nicht eine Schichtfolge.
• Isolierschicht-FETs – Der Isolierschicht-FET zählt ebenfalls zu den Feldeffekttransistoren; die isolierende Schicht am Gate ist gerade sein Unterscheidungsmerkmal gegenüber dem Sperrschichttyp.

Mehr dazu: Der bipolare Transistor

Richtig ist C:

Ein bipolarer Transistor hat drei Anschlüsse an drei Halbleiterzonen: Basis, Kollektor und Emitter. Sein Schaltzeichen besteht deshalb aus einem kurzen Basisbalken mit senkrecht darauf zulaufendem Anschluss und zwei Leitungen, die schräg auf diesen Balken treffen; auf der Emitterleitung sitzt ein ausgefüllter Pfeil, der die Durchlassrichtung der Basis-Emitter-Diode angibt. Ein Feldeffekttransistor hat ebenfalls drei Anschlüsse, aber einen durchgehenden Kanalstrich, auf den die beiden Lastanschlüsse im rechten Winkel treffen, und seinen Pfeil nicht auf einer schrägen Leitung, sondern am Steueranschluss oder am Substrat. Eine Diode hat nur zwei Anschlüsse und einen einzigen Übergang. Auch zwei zusammengeschaltete Dioden ergeben keinen Transistor, weil ihre Zonen keine gemeinsame dünne Basis teilen und deshalb die eine den Strom der anderen nicht steuern kann.

Kniff: Zähle zuerst die Anschlüsse: alles mit zwei Anschlüssen ist eine Diode und fällt weg, ebenso eine Zusammenschaltung aus erkennbaren Diodenzeichen. Von den beiden verbleibenden Zeichen im Kreis entscheidet, wo der Pfeil sitzt, nämlich beim bipolaren Transistor auf einer der zwei schrägen Leitungen, dem Emitter, und beim Feldeffekttransistor auf dem waagerechten Steueranschluss. Als zweite Probe dient der Winkel: beim bipolaren Transistor treffen Kollektor und Emitter schräg auf den kurzen Basisbalken, beim Feldeffekttransistor gehen die Lastanschlüsse rechtwinklig an einen langen Kanalstrich.

Kniff: Alles hängt an der Pfeilrichtung auf dem Emitter. Zeigt der Pfeil vom Basisstrich weg, ist es ein NPN-Transistor; zeigt er auf den Basisstrich zu, ein PNP. Hier weist die Spitze nach außen, also NPN. Eselsbrücke: NPN — der Pfeil zeigt nicht nach innen.

Warum die anderen nicht stimmen:

• N-Kanal-FET. – Ein FET sieht anders aus: sein Gate-Strich steht mit einem Abstand neben dem Kanalstrich, und Drain und Source gehen im rechten Winkel vom Kanal ab. Hier laufen beide äußeren Anschlüsse schräg auf den dicken Strich zu, und der Pfeil sitzt auf einem dieser schrägen Anschlüsse — das ist das Zeichen eines bipolaren Transistors.
• P-Kanal-FET. – Derselbe Einwand wie beim N-Kanal-FET: es fehlen der abgesetzte Gate-Strich und der durchgehende Kanal. Zwischen N-Kanal und P-Kanal zu wählen kommt hier gar nicht in Frage, weil das Bild überhaupt keinen FET zeigt.
• PNP-Transistor. – Beim PNP-Transistor zeigt der Emitterpfeil auf den Basisstrich zu. In dieser Zeichnung zeigt er von ihm weg. Das ist der einzige Unterschied zwischen den beiden Symbolen — und genau der wird hier übersehen.

Kniff: Im Bild stecken zwei Entscheidungen. Erstens die Bauart: beide schrägen Anschlüsse laufen an den Balken heran und berühren ihn — so zeichnet man einen Bipolartransistor. Bei einem FET wäre die Strecke von Drain nach Source ein durchgehender gerader Strich, und das Gate läge daneben, ohne sie zu berühren. Zweitens die Leitfähigkeit: der Pfeil sitzt am Emitter und zeigt immer in die Durchlassrichtung der Basis-Emitter-Diode. Zeigt er zum Balken hin, fließt der Strom vom Emitter in die Basis — das ist ein PNP-Transistor. Zeigt er nach außen, ist es ein NPN.

Warum die anderen nicht stimmen:

• NPN-Transistor. – Die Bauart ist richtig erkannt, die Pfeilrichtung falsch gelesen. Beim NPN zeigt der Emitterpfeil vom Basisbalken weg nach außen; im Bild zeigt er auf den Balken zu.
• P-Kanal-FET. – Ein FET sieht anders aus: dort ist die Kanalstrecke ein gerader durchgehender Strich von Drain nach Source, und das Gate endet daneben, ohne die Strecke zu berühren (beim MOSFET liegt sogar ein sichtbarer Spalt dazwischen). Hier berühren beide Anschlüsse den Balken, und ein FET hat keinen Pfeil am Source.
• N-Kanal-FET. – Dasselbe Gegenargument wie beim P-Kanal-FET — das Schaltzeichen ist keines eines Feldeffekttransistors. Zusätzlich wäre die Ladungsart falsch: die Pfeilspitze zeigt nach innen, das gehört zum p-leitenden Emitter.

Kniff: Es gibt zwei feste Dreiergruppen: Emitter, Basis, Kollektor beim bipolaren Transistor und Drain, Gate, Source beim Feldeffekttransistor. Gesucht ist eine reine Gruppe; jede Antwort, die Namen aus beiden mischt, ist schon deshalb falsch.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Drain, Gate, Source – Das ist vollständig die andere Gruppe, nämlich die Anschlüsse des Feldeffekttransistors.
• Gate, Source, Kollektor – Eine Mischung: Gate und Source gehören zum Feldeffekttransistor, nur der Kollektor ist bipolar.
• Emitter, Drain, Source – Ebenfalls gemischt, nur in der anderen Verteilung: der Emitter ist bipolar, Drain und Source gehören zum Feldeffekttransistor.

Mehr dazu: Der bipolare Transistor

Kniff: Die drei Anschlüsse lassen sich an der Zeichnung selbst unterscheiden, ohne Bauteilkenntnis. Der senkrechte Strich ist die Basiszone; der Anschluss, der flach auf diesen Strich stößt, ist die Basis — hier die 2. Von den beiden schrägen Anschlüssen trägt genau einer den Pfeil, und der Pfeil markiert immer den Emitter — hier die 3. Übrig bleibt der Kollektor, die 1. Die Pfeilrichtung sagt nur, ob es ein npn- oder ein pnp-Transistor ist: vom Strich weg bedeutet npn. Sie sagt nicht, welcher Anschluss welcher ist.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 1 = Basis, 2 = Emitter, 3 = Kollektor – Hier sind Basis und Emitter an die falschen Stellen gesetzt. Die Basis ist der Anschluss am senkrechten Strich, also 2, und nicht der schräg oben ankommende 1. Der Emitter ist der Anschluss mit dem Pfeil, also 3.
• 1 = Kollektor, 2 = Emitter, 3 = Basis – Der Kollektor stimmt, aber Basis und Emitter sind vertauscht. An 2 stößt der Anschluss flach auf den senkrechten Strich — das ist die Basis. Der Pfeil sitzt auf der Leitung zu 3, also ist 3 der Emitter.
• 1 = Emitter, 2 = Basis, 3 = Kollektor – Die Basis ist richtig erkannt, oben und unten sind aber verwechselt. Der Pfeil im Bild sitzt auf der unteren Schräglinie, und der Pfeil steht immer am Emitter — also ist 3 der Emitter und 1 der Kollektor.

Kniff: Das Vorzeichen steckt im Transistortyp, nicht in der Beschriftung. Der Emitterpfeil zeigt vom Basisstrich weg, also ist es ein NPN-Transistor. Zwischen Basis und Emitter sitzt dann eine Diode, die in Richtung Emitter leitet: die Basis muss positiver sein als der Emitter. Und weil es eine Siliziumdiode ist, braucht sie etwa 0,6 V, um überhaupt aufzumachen — nicht 0 V und nicht irgendeine Spannung.

Warum die anderen nicht stimmen:

• -0,6 V – Der Betrag ist richtig, das Vorzeichen gehört zum PNP-Transistor. Dort zeigt der Emitterpfeil auf den Basisstrich zu, und die Basis muss negativer als der Emitter sein. Im Bild zeigt der Pfeil nach außen — NPN, also plus 0,6 V.
• 0 V – Bei 0 V liegt an der Basis-Emitter-Diode keine Spannung, sie sperrt. Ein Transistor braucht einen Basisstrom, und der fließt erst, wenn die Diode aufmacht. Das ist die Verwechslung mit einem Schalter, der bei 0 V schon leitet.
• 0,6 V oder -0,6 V – Das setzt voraus, dass die Basis-Emitter-Strecke in beide Richtungen leitet. Sie ist aber eine Diode und leitet nur in eine. Beim NPN-Transistor ist das die Richtung mit positiver Basis.

Kniff: Gefragt ist nicht, welcher Strom gesteuert wird, sondern welcher Anschluss die Summe führt. Basisstrom und Kollektorstrom fließen beide durch den Emitter, deshalb ist er der größte. Wer nach dem großen gesteuerten Strom greift, nimmt den Kollektor und liegt knapp daneben.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Gehäuse – Das Gehäuse ist kein Anschluss des Transistors; die drei Anschlüsse, um die es geht, heißen Emitter, Basis und Kollektor.
• Basis – Die Basis führt den kleinsten Strom, denn sie steuert nur; hier ist der größte mit dem kleinsten verwechselt.
• Kollektor – Der Kollektorstrom ist der größere Teil, aber nicht die Summe: ihm fehlt der Basisstrom, der erst im Emitter dazukommt.

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Richtig ist B:

Kollektorstrom fließt nur, wenn zwei Bedingungen zugleich erfüllt sind: die Basis-Emitter-Diode muss in Durchlassrichtung liegen, und der Kollektor muss gegenüber dem Emitter richtig gepolt sein. Aus drei Potentialen, die gegen Masse gemessen wurden, liest man das über Differenzen ab, denn am Bauteil wirken nur Differenzen und nicht die Vorzeichen gegen Masse. Welcher Anschluss der Emitter ist, sagt der Pfeil im Schaltzeichen; beim npn-Transistor zeigt er von der Basis weg, beim pnp-Transistor auf die Basis zu. Beim npn-Typ muss die Basis etwa 0,6 bis 0,7 V über dem Emitter liegen und der Kollektor über dem Emitter; beim pnp-Typ gilt beides umgekehrt, die Basis liegt etwa 0,6 bis 0,7 V unter dem Emitter und der Kollektor unter dem Emitter. Eine Differenz von null oder mit falschem Vorzeichen heißt gesperrt, und eine viel zu große Differenz passt nicht zu einer leitenden Basis-Emitter-Diode.

Kniff: Nimm von den drei Zahlen nur zwei und rechne Basis minus Emitter. Der Emitter ist der Anschluss mit dem Pfeil, der hier nach außen zeigt, also der untere. Nur wo diese Differenz bei etwa plus 0,6 bis 0,7 V liegt, kann Strom fließen; die Prüffrage danach ist, ob der Kollektor über dem Emitter liegt. Die Falle sind die Vorzeichen gegen Masse, denn ein Bild mit lauter negativen Werten kann leiten und eines mit lauter positiven sperren; ebenso täuscht der Fall, in dem Basis und Emitter gleich sind und die Diode deshalb ohne Spannung bleibt.

Richtig ist C:

Kollektorstrom fließt nur, wenn zwei Bedingungen zugleich erfüllt sind: die Basis-Emitter-Diode muss in Durchlassrichtung liegen, und der Kollektor muss gegenüber dem Emitter richtig gepolt sein. Aus drei Potentialen, die gegen Masse gemessen wurden, liest man das über Differenzen ab, denn am Bauteil wirken nur Differenzen und nicht die Vorzeichen gegen Masse. Welcher Anschluss der Emitter ist, sagt der Pfeil im Schaltzeichen; beim npn-Transistor zeigt er von der Basis weg, beim pnp-Transistor auf die Basis zu. Beim npn-Typ muss die Basis etwa 0,6 bis 0,7 V über dem Emitter liegen und der Kollektor über dem Emitter; beim pnp-Typ gilt beides umgekehrt, die Basis liegt etwa 0,6 bis 0,7 V unter dem Emitter und der Kollektor unter dem Emitter. Eine Differenz von null oder mit falschem Vorzeichen heißt gesperrt, und eine viel zu große Differenz passt nicht zu einer leitenden Basis-Emitter-Diode.

Kniff: Rechne in jedem Bild Basis minus Emitter und suche plus 0,6 bis 0,7 V. Der Emitter ist der Anschluss mit dem Pfeil, hier der untere. Die beiden Bilder mit den Werten um minus 6 V sind die eigentliche Falle, denn sie tragen dieselben Zahlen, nur einmal die größere und einmal die kleinere an der Basis; bei negativen Zahlen ist die näher an null liegende die höhere. Prüfe zum Schluss, dass der Kollektor über dem Emitter liegt, sonst fließt trotz leitender Basis-Emitter-Diode kein Kollektorstrom im üblichen Sinn.

Richtig ist D:

Kollektorstrom fließt nur, wenn zwei Bedingungen zugleich erfüllt sind: die Basis-Emitter-Diode muss in Durchlassrichtung liegen, und der Kollektor muss gegenüber dem Emitter richtig gepolt sein. Aus drei Potentialen, die gegen Masse gemessen wurden, liest man das über Differenzen ab, denn am Bauteil wirken nur Differenzen und nicht die Vorzeichen gegen Masse. Welcher Anschluss der Emitter ist, sagt der Pfeil im Schaltzeichen; beim npn-Transistor zeigt er von der Basis weg, beim pnp-Transistor auf die Basis zu. Beim npn-Typ muss die Basis etwa 0,6 bis 0,7 V über dem Emitter liegen und der Kollektor über dem Emitter; beim pnp-Typ gilt beides umgekehrt, die Basis liegt etwa 0,6 bis 0,7 V unter dem Emitter und der Kollektor unter dem Emitter. Eine Differenz von null oder mit falschem Vorzeichen heißt gesperrt, und eine viel zu große Differenz passt nicht zu einer leitenden Basis-Emitter-Diode.

Kniff: Sieh zuerst auf die Pfeilrichtung im Zeichen, denn zeigt der Pfeil auf die Basis, ist es ein pnp-Transistor und die Basis muss unter dem Emitter liegen. Rechne dann Basis minus Emitter und suche das Bild mit etwa minus 0,6 bis minus 0,7 V. Die Falle ist der richtige Abstand mit falschem Vorzeichen: in allen Bildern beträgt der Abstand 0,6 V, aber nur in einem liegt die Basis tiefer als der Emitter. Zur Gegenprobe muss beim pnp-Typ auch der Kollektor unter dem Emitter liegen.

Richtig ist D:

Kollektorstrom fließt nur, wenn zwei Bedingungen zugleich erfüllt sind: die Basis-Emitter-Diode muss in Durchlassrichtung liegen, und der Kollektor muss gegenüber dem Emitter richtig gepolt sein. Aus drei Potentialen, die gegen Masse gemessen wurden, liest man das über Differenzen ab, denn am Bauteil wirken nur Differenzen und nicht die Vorzeichen gegen Masse. Welcher Anschluss der Emitter ist, sagt der Pfeil im Schaltzeichen; beim npn-Transistor zeigt er von der Basis weg, beim pnp-Transistor auf die Basis zu. Beim npn-Typ muss die Basis etwa 0,6 bis 0,7 V über dem Emitter liegen und der Kollektor über dem Emitter; beim pnp-Typ gilt beides umgekehrt, die Basis liegt etwa 0,6 bis 0,7 V unter dem Emitter und der Kollektor unter dem Emitter. Eine Differenz von null oder mit falschem Vorzeichen heißt gesperrt, und eine viel zu große Differenz passt nicht zu einer leitenden Basis-Emitter-Diode.

Kniff: Der Pfeil zeigt hier auf die Basis, also pnp, und damit muss die Basis unter dem Emitter liegen. Rechne Basis minus Emitter und nimm das Bild mit etwa minus 0,6 V. Am leichtesten verwechselt man die beiden Bilder mit plus 5,6 V und plus 6,2 V, denn sie enthalten dieselben Zahlen, nur an getauschten Anschlüssen; lies deshalb genau, welcher Wert an der Basis steht. Ein Bild, in dem Basis und Emitter denselben Wert tragen, sperrt immer, gleich welcher Typ gezeichnet ist.