Transistor

Fragt jemand "Was ist ein Transistor?", so kommt meist als erstes die Antwort: Ein Transistor ist ein Verstärker.
Diese Bezeichnung ist allerdings aus meiner Sicht zunächst irreführend.
Ein Transistor ist ersteinmal nichts weiter als ein Schalter. Ein Schalter der nicht mit der Hand, sondern mit einem Strom betätigt werden kann.
Dieser "Schaltstrom" wird an die Basis angelegt. Die beiden anderen Anschlüsse des Transistors nennt man Kollektor und Emitter.
Liegt kein Strom an der Basis an, ist es als wäre zwischen Kollektor und Emitter ein extrem großer Widerstand.
Der Schalter steht sozusagen auf aus. Liegt jedoch ein Strom an der Basis an, so wird dieser Widerstand sehr klein und es kann Strom zwischen
Kollektor und Emitter fließen.
Hier die Schaltung mit einem NPN-Transistor als Öffner:

Die LED leuchtet zunächst nicht, da der Transistor den Stromfluss zwischen Kollektor und Emitter noch sperrt (ausschaltet). Betätigt man den Taster,
so fließt ein kleiner Strom durch den 4,7K Ohm Widerstand zur Basis des Transistors. Der Transistor sperrt nun nicht mehr (er wurde eingeschaltet)
und die LED leuchtet auf.
Das Ganze lässt sich auch leicht invertieren.
Hier die leicht veränderte Schaltung mit dem selben Transistor als Schließer:

Solange der Taster nicht gedrückt ist liegt an der Basis ein kleiner Strom an und die LED leuchtet (Der Transistor ist "eingeschaltet").
Drückt man den Schalter, kann der kleine Basisstrom direkt zur Stromquelle zurückfließen und der Transistor sperrt die Kollektor-Emitter-Strecke wieder;
Die LED erlischt.
Dieses Verhalten des Transistors liegt in dessen innerem Aufbau begründet.
Der Transistor -so wie er am häufigsten auftaucht- besteht aus drei dotierten Halbleiterschichten.
Halbleiter nennen sich Halbleiter, da sie weder Leiter, wie Kupfer, noch Nichtleiter bzw. Isolatoren sind.
Sie leiten also Strom, aber nur wenn vorher nachgeholfen wird, quasi nur so halb.
Nachgeholfen wird durch die sog. Dotierung. Dem Halbleitermaterial werden winzige Mengen Fremdelemente hinzugefügt. Dadurch wird der Halbleiter zum Leiter,
da entweder Elektronen-Leerstellen (Positiv-Dotiert) oder überschüssige Elektronen (Negativ-Dotiert) entstehen.
Weiter oben im Text wurde bereits der Begriff NPN Transistor-verwendet.
Die drei Schichten sind hier Negativ, Positiv und wieder Negativ Dotiert.

Doch was passiert nun eigentlich?
Die freien Elektronen aus der Kollektor Schicht und auch die aus der Emitterschicht streben zu den Leerstellen in der Basis.
Die Elektronen und Löcher rekombinieren und an den Übergängen entstehen Raumladungszonen. [1]
Lassen wir die Basis zunächst unbeschaltet, so ist es egal in welcher Richtung wir versuchen Strom fließen zu lassen, da die entsprechende Raumladungszone
nur weiter gestreckt wird und eine Sperrschicht entsteht. Vom Prinzip her haben wir zwei entgegengesetzte Dioden zwischen Kollektor und Emitter. [2]
Nur wenn wir erlauben, dass die Leerstellen (oder Elektronen beim PNP-Transistor) an der Basis abfließen können, wird die Ausbildung der Sperrschicht verhindert. [3]

Diese inneren Strukturen des Transistors spielen bei dem eigentlichen Arbeitem mit ihm allerdings keine Rolle. Wichtig ist hier nur, dass der Transistor gesperrt
oder geöffnet sein kann ODER auch etwas dazwischen. Denn anders als ein Lichtschalter, von dem man nur die fixen Zustände an und aus kennt, ist der Übergang
beim Transistor zwischen geschlossen und geöffnet fließend.
Dazu mehr im Kapitel II.