Transistoren

1970 gab es auf einem der ersten Prozessoren (8080) 2250 Transistorfunktionen, 1985 auf einem 80368 schon 275000. Im Jahr 2000 kam der P4 mit 42 Millionen Transistorfunktionen auf den Markt. Und was machen all diese Transistoren auf der CPU?

Schaltsymbol (npn)	Beschaltung	Testschaltung

Im Elektronik-Vesand bekommt man für ein paar Cent den Standard-(npn)-Transistor BC 548. Er hat drei Anschlüsse, die mit C (Collector), B (Basis) und E (Emitter) bezeichnet werden. Die Idee ist ganz einfach, wenn man nicht gerade in die Theorie der Halbleiter eintauchen will:

• Fließt kein Strom durch die Basis zum Emtitter, dann kann auch kein Strom vom Kollektor zum Emitter fließen.
• Ist der Basisstrom größer Null, dann fließt auch ein Kollektor-Emitterstrom
• Der Kollektor-Emitterstrom kann um ein Vielfaches höher sein als der Basisstrom

In dieser (idealisierten) Kennlinie ist der Zusammenhang zwischen IBE und ICE dargestellt. Zunächst steigt der Kollektor-Emitterstrom proportional zum Basisstrom an. Da ICE um ein Vielfaches größer ist als IBE , kann man den Transistor in diesem linearen Bereich als Verstärker betreiben. Im roten Bereich (Sättigungsbreich) ist der Transistor durchgeschaltet. Eine Erhöhung des Basisstroms bewirkt keine weitere Erhöhung des Kollektorstroms. Der Transistor arbeitet hier als Schalter: IBE = 0 :         Schalter aus IBE > ISättigung : Schalter ein

Eine erste Testschaltung, um zu zeigen, wie stark der Transistor Ströme verstärken kann: Die LED, die in der Kollektor-Emitter-Strecke liegt, leuchtet bei etwa 10 mA. Je nach dem, ob man die beiden Kontaktpunkte mit trockenen oder feuchten Fingern überbrückt, muß der Strom einen Widerstand zwischen 100 und 500 kΩ durchlaufen. Bei 5 V entspricht das Strömen zwischen 50 μA und 10 μA, so dass die Stromverstärkung etwa 10 mA / 50 μA = 1000 μA / 5 μA = 200 beträgt.

Die Stromverstärkung kann man noch auf die Spitze treiben, indem man zwei Transistoren in einer sog. Darlington-Schaltung, so koppelt, dass sich die Stromverstärkungen multiplizieren. Berührt man den isolierten Draht oder kommt auch nur in seine Nähe, so leuchtet die LED. Die geringen Spannungen der elektrischen Felder, die der Körper überall aufnimmt, reichen aus, um einen geringen Basistrom im ersten Transistor fließen zu lassen. Dieser Strom wird verstärkt und läßt im rechten Transistor einen kräftigen Basisstrom fließen. Dadurch kann der zweite Transistor voll durchschalten.