Fragen zu "Elektrizitätsleitung in Halbleitern" |
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Fragen
zu "Elektrizitätsleitung in Halbleitern"
1.1 Erkläre den Aufbau einer Halbleiter-Diode.
1.2 Erstelle eine Schaltskizze zur Aufnahme der U/I-Kennlinie der Diode, und skizziere den Verlauf der Kennlinie.
1.3 Was kann aus dem Diagramm entnommen werden?
1.4 Mit einer Halbleiter-Diode kann Wechselstrom gleichgerichtet werden. Begründe dies.
2.1 Zeichne das Schaltbild für die Verwendung eines npn-Transistors in Emitterschaltung.
2.2 Wie lassen sich die Vorgänge in Emitter, Basis und Kollektor sowie in ihren Grenzschichten bei der Emitterschaltung erklären? (Für die Erklärung sind Skizzen erforderlich.)
2.3 Beschreibe einen Versuch zum Nachweis der Verstärkerwirkung des npn-Transistors. Fertige hierzu eine entsprechende Schaltskizze an.
3.1 Erläutere unter Verwendung von Skizzen die Entstehung der Grenzschicht nach der Zusammenfügung eines p-leitenden mit einem n-leitenden Halbleitermaterials.
3.2 Der Minuspol einer Gleichspannungsquelle wird mit der p-Schicht, der Pluspol mit der n-Schicht verbunden. Beschreibe die Vorgänge im pn-Übergang.
3.3 Beschreibe die entsprechenden Vorgänge im pn-Übergang nach der Umpolung.
3.4 Beschreibe die Wirkung der Halbleiterdiode bei anliegender Wechselspannung.
4.1 Erkläre am Beispiel eines typischen Halbleiters den Begriff "Eigenleitung".
4.2 Erläutere an Hand von Beispielen Möglichkeiten der Dotierung eines Halbleiters.
4.3 Vergleiche den elektrischen Widerstand von Metallen und Halbleitern bei Temperaturerhöhung. Gib jeweils eine Begründung für Deine Aussage an.
1.1 Erkläre den Aufbau einer Halbleiter-Diode.
1.2 Erstelle eine Schaltskizze zur Aufnahme der U/I-Kennlinie der Diode, und skizziere den Verlauf der Kennlinie.
1.3 Was kann aus dem Diagramm entnommen werden?
1.4 Mit einer Halbleiter-Diode kann Wechselstrom gleichgerichtet werden. Begründe dies.
1.1 Fügt man einen n-Halbleiter und einen p-Halbleiter aneinander, so erhält man eine Halbleiterdiode. In der Grenzschicht des pn-Übergangs entsteht eine Verarmungszone von Majoritätsträgern, die wie ein Hochohmwiderstand wirkt.
1.2
1.3 Im Sperrbereich ist die Stromstärke verschwindend klein. Nach der Umpolung steigt die Stromstärke im Durchlaßbereich ab einer gewissen Spannung, der Schleußenspannung, stark an.
1.4 Eine Halbleiter-Diode bewirkt in einem Wechselstromkreis einen pulsierenden Gleichstrom, da dieser in jeder zweiten Halbperiode des Wechselstroms durch Sperrung der Diode unterbunden wird.
2.0 npn-Transistoren
2.1 Zeichne das Schaltbild für die Verwendung eines npn-Transistors in Emitterschaltung.
2.2 Wie lassen sich die Vorgänge in Emitter, Basis und Kollektor sowie in ihren Grenzschichten bei der Emitterschaltung erklären? (Für die Erklärung sind Skizzen erforderlich.)
2.3 Beschreibe einen Versuch zum Nachweis der Verstärkerwirkung des npn-Transistors. Fertige hierzu eine entsprechende Schaltskizze an.
2.1
2.2 a) Wird an einen Transistor eine Spannung angelegt, so entsteht zwischen Basis und Kollektor eine Sperrzone; Emitter und Basis sind in Durchlaßrichtung geschaltet.
b) Legt man an den Emitter und an die Basis (Pluspol) eine Spannung an, so können Elektronen durch die B/C-Schicht diffundieren, es fließt ein Basisstrom und ein Kollektorstrom.
2.3
In einer Schaltung (siehe nebenstehende Skizze) wird der Kollektorstrom
IC bei konstanter Kollektorspannung UCE in Abhängigkeit
vom Basisstrom IB gemessen.
Die Auswertung führt zu dem Ergebnis: IC ~ IB
3.0 pn-Übergang
3.1 Erläutere unter Verwendung von Skizzen die Entstehung der Grenzschicht nach der Zusammenfügung eines p-leitenden mit einem n-leitenden Halbleitermaterials.
3.2 Der Minuspol einer Gleichspannungsquelle wird mit der p-Schicht, der Pluspol mit der n-Schicht verbunden. Beschreibe die Vorgänge im pn-Übergang.
3.3 Beschreibe die entsprechenden Vorgänge im pn-Übergang nach der Umpolung.
3.4 Beschreibe die Wirkung der Halbleiterdiode bei anliegender Wechselspannung.
3.1 Bewegliche positive und negative Ladungsträger (Löcher und Elektronen) diffundieren über die Berührungsfläche hinweg. Es entsteht teilweise Rekombination. Die daraus resultierende Verarmung an beweglichen Ladungsträgern ergibt eine Grenzschicht mit hohem elektrischen Widerstand. Die positiven und negativen Raumladungen in der Grenzschicht erzeugen ein elektrisches Feld, das eine weitere Diffusion von beweglichen Ladungsträgern verhindert.
3.2 Durch das äußere Feld werden bewegliche Ladungsträger von der Grenzschicht abgezogen, wodurch sich die schlecht leitende Grenzschicht verbreitert und ihr elektrischer Widerstand stark zunimmt (Sperrschaltung der Diode).
3.3 Durch das äußere Feld werden bewegliche Ladungsträger in die Grenzschicht getrieben, wodurch diese sich abbaut und ihr Widerstand stark abnimmt (Durchlaßschaltung der Diode).
3.4 Ist die Diode in der ersten Halbperiode der Wechselspannung in Durchlaßrichtung geschaltet, so fließt Strom. In der nächsten Halbperiode ist die Diode somit in Sperrichtung geschaltet und es fließt kein Strom. Diese Vorgänge wiederholen sich. Es fließt ein pulsierender Gleichstrom.
4.1 Erkläre am Beispiel eines typischen Halbleiters den Begriff "Eigenleitung".
4.2 Erläutere an Hand von Beispielen Möglichkeiten der Dotierung eines Halbleiters.
4.3 Vergleiche den elektrischen Widerstand von Metallen und Halbleitern bei Temperaturerhöhung. Gib jeweils eine Begründung für Deine Aussage an.
4.1 Typische Halbleiter sind z.B. Germanium und Silicium. Durch Zufuhr von Energie werden gebundene Valenzelektronen aus ihren Bindungen zwischen den Atomen herausgelöst und somit Leitungselektronen und Löcher als bewegliche Ladungsträger erzeugt. Sie tragen zur Elektrizitätsleitung bei: Eigenleitung
4.2 Durch Dotieren eines Halbleiterkristalls mit 5-wertigen Atomen (z.B. Arsen) entsteht ein n-Halbleiter. Das fünfte Valenzelektron des Arsenatoms wird zu einem Leitungselektron, das ortsfeste Arsenatom zu einem positiven Ion.
Durch Dotieren eines Halbleiterkristalls mit 3-wertigen Atomen (z.B. Indium) entsteht ein p-Halbleiter. Das Indium entreißt ein Elektron, so daß ein Loch entsteht.Das Indium wird zu einem negativen Ion.
4.3 In Metallen wird die Driftbewegung der freien Elektronen durch eine heftigere thermische Bewegung der Gitterbausteine behindert. Der Widerstand des metallischen Leiters steigt dadurch. Im Halbleiter erhöht sich durch Temperaturerhöhung die Zahl der freien Ladungsträger, wodurch der elektrische Widerstand sinkt.