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Dein Handy reagiert auf einen Fingertipp, ein Computer rechnet und eine LED kann leuchten. Dahinter stecken winzige elektrische Schalter. Einer der wichtigsten davon heißt Transistor.
Was ein Transistor macht
Ein Transistor ist ein elektronisches Bauteil, das elektrischen Strom steuert. Elektrischer Strom ist die Bewegung elektrischer Ladungen durch einen Leiter. Eine Schaltung ist ein zusammenhängender Weg aus Bauteilen, auf dem Strom fließen kann.
Du kannst dir einen Transistor wie ein Ventil vorstellen. Ein kleines Steuersignal entscheidet, ob ein anderer Strom fließen darf. Der Transistor erzeugt dabei keine Energie. Er regelt nur den Strom aus einer vorhandenen Stromversorgung.
- Du erklärst die Aufgabe eines Transistors.
- Du beschreibst einen Transistor als elektronischen Schalter.
- Du benennst die drei Anschlüsse eines Bipolartransistors.
- Du erklärst die Bedeutung von Transistoren für Computer.
Ein elektronischer Schalter öffnet oder schließt einen Stromweg ohne bewegliche Teile.
Eine LED ist eine kleine Leuchtdiode, die bei passendem Strom leuchtet. Ein Sensor ist ein Bauteil, das zum Beispiel Licht, Bewegung oder Temperatur erfasst und ein elektrisches Signal liefern kann.
Erkennt ein Sensor Bewegung, kann sein Signal einen Transistor steuern. Dieser schaltet dann den Strom für eine LED ein.
Ein Transistor kontrolliert mit einem kleinen Steuersignal einen anderen Stromweg.
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Der Transistor als Schalter
Ein Lichtschalter kennt zwei Zustände: an und aus. Ein Transistor kann ebenfalls so arbeiten. Ist sein Stromweg leitend, kann Strom fließen. Sperren bedeutet, dass der Stromweg praktisch unterbrochen ist.
Der elektrische Widerstand beschreibt, wie stark ein Bauteil den Stromfluss bremst. Beim leitenden Transistor ist der Widerstand im geschalteten Weg klein. Beim sperrenden Transistor ist er so groß, dass dort praktisch kein Strom fließt.
Für digitale Geräte sind diese beiden Zustände besonders nützlich. Das Binärsystem ist ein Zahlensystem mit nur zwei Zeichen: 0 und 1. Ein gesperrter oder leitender Transistor kann solche Zustände darstellen.
Ein Transistor steuert eine LED. Ein Vorwiderstand begrenzt dabei den Strom, damit die LED nicht beschädigt wird.
- Transistor sperrt: Die LED bleibt aus. Das kann für 0 stehen.
- Transistor leitet: Die LED leuchtet. Das kann für 1 stehen.
Viele Transistoren zusammen können mit diesen Zuständen Informationen verarbeiten.
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Die drei Anschlüsse beim Bipolartransistor
Für einfache Schaltungen lernst du oft den Bipolartransistor kennen. Das ist eine Transistorart mit drei Anschlüssen. Ein Anschluss ist eine Stelle, an der ein Bauteil mit einer Schaltung verbunden wird.
Die Anschlüsse heißen Basis, Kollektor und Emitter. Die Basis ist der Steueranschluss. Kollektor und Emitter bilden den Weg für den gesteuerten Strom.
Eine Spannungsquelle stellt elektrische Energie bereit, zum Beispiel eine Batterie oder ein Netzteil. Bei einem häufig verwendeten NPN-Transistor bewirkt ein kleiner Strom an der Basis, dass ein größerer Strom zwischen Kollektor und Emitter fließen kann. Die Energie für diesen größeren Strom liefert die Spannungsquelle.
Ein Mikrocontroller gibt über einen Basiswiderstand ein kleines Signal an die Basis. Der Widerstand begrenzt den Basisstrom und schützt den Anschluss.
Dadurch wird der Transistor leitend. Strom aus der Batterie kann nun über Lampe und Vorwiderstand durch den Transistor fließen. Die Lampe leuchtet.
NPN beschreibt den inneren Aufbau aus drei Halbleiterschichten. Für die Grundidee genügt: Ein passendes Signal an der Basis schaltet den Stromweg zwischen Kollektor und Emitter.
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Verstärken statt nur schalten
Ein Transistor kann nicht nur an oder aus sein. Er kann auch als Verstärker arbeiten. Ein Verstärker nutzt eine Spannungsquelle, damit ein kleines Eingangssignal ein leistungsstärkeres Ausgangssignal steuern kann.
Das kennst du von einem Mikrofon. Deine Stimme wird dort in ein schwaches elektrisches Signal umgewandelt. Für einen Lautsprecher reicht dieses Signal allein meist nicht aus. Eine Schaltung mit Transistoren kann es verstärken.
Du sprichst leise in ein Mikrofon. Das kleine Mikrofonsignal steuert einen Transistor. Dieser nutzt Energie aus der Spannungsquelle, um ein stärkeres Ausgangssignal für den Lautsprecher bereitzustellen. So wird der Ton hörbar.
Als Schalter unterscheidet der Transistor vor allem zwischen aus und an. Als Verstärker steuert ein kleines Eingangssignal mithilfe einer Spannungsquelle ein stärkeres Ausgangssignal.
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Transistoren im Computer
Ein Prozessor ist der Teil eines Computers, der Befehle verarbeitet und Berechnungen ausführt. In ihm sitzen sehr viele Transistoren auf einem Chip. Ein Chip ist ein kleines Stück Material mit einer fertigen elektronischen Schaltung.
Ein Halbleiter ist ein Material, dessen elektrische Leitfähigkeit gezielt verändert werden kann. Silizium ist ein wichtiges Halbleitermaterial. Daraus lassen sich sehr kleine Transistoren herstellen.
Transistoren werden zu Logikgattern verbunden. Ein Logikgatter ist eine Schaltung, die aus Eingängen ein neues Ergebnis aus 0 und 1 bildet. So können Computer vergleichen, rechnen, speichern und Befehle ausführen.
Ein Logikgatter bekommt zwei Eingänge.
- Eingang A ist 1.
- Eingang B ist 1.
- Das Ergebnis kann 1 sein, wenn beide Bedingungen erfüllt sind.
Solche einfachen Entscheidungen werden sehr oft kombiniert. Daraus entstehen Programme, Spiele und Webseiten.
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Zusammenfassung
Ein Transistor steuert elektrischen Strom. Er kann wie ein sehr schneller elektronischer Schalter arbeiten oder kleine Signale zur Steuerung stärkerer Signale nutzen. Beim Bipolartransistor heißen die drei Anschlüsse Basis, Kollektor und Emitter. Sehr viele Transistoren auf Chips bilden die Grundlage von Logikgattern, Prozessoren und modernen Computern.