• Document: Elektronik Seminar Mackeprang. Elektronik Seminar
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Elektronik Seminar Mackeprang Elektronik Seminar Buchtipp: Glagla Josef, Lindner Gerd, Wege in die Elektronik 1. Grundlagen a) Spannung: -Spannung entsteht durch die Trennung von Ladung. -Spannung liegt immer zwischen 2 Punkten. Ladungstrennung, alle Elektronen auf eine Seite Strip Strap Strull b) Strom: - Strom ist ein Maß für die Bewegung der Elektronen. - Strom ist das Maß für die Anzahl der an einer Stelle vorbeifliesenden Elektronen pro Sekunde. - 1A ~ 6,25*1018 Elektronen pro Sekunde. c) Freie Elektronen -gehören zu einem Atom -sind auf der äußersten Schale - man benötigt wenig Energie, sie vom Atom zu trennen d) Widerstand - Der Widerstand ist der Kehrwert der Leitfähigkeit. Abhängig von freien Elektronen e) Gesetz R= U I 2. Halbleiter Halbleiter sind vierwertige Elemente: Auf der äußeren Schale befinden sich 4 Elektronen. Jedes Atom ist mit den Nachbaratomen durch Elektronenpaare verbunden, so dass sich ein sehr festes Kristallgitter ausbildet. Nahe dem absoluten Nullpunkt (-273°C) sind Halbleiter Isolatoren, da dann alle Elektronen im Kristallgitter gebunden sind. Bei Normaltemperatur werden durch die Wärmebewegung der Atome im Kristall einige Elektronen aus der Bindung gerissen und stehen als Ladungsträger zur Verfügung. Es gilt: Je höher die Temperatur des Halbleiters, desto mehr Elektronen werden aus ihren Bindungen gerissen, desto Leitfähiger wird der Halbleiterkristall. Daher werden diese Materialien auch als Heißleiter bezeichnet. Diese freigewordenen (freie) Elektronen hinterlassen eine Elektronenfehlstelle mit fehlender negativer Ladung. Man bezeichnet diese Elektronenfehlstellen als Defektelektronen oder Löcher. Stefanie Bestler Stephan Nonnenmacher 1 Elektronik Seminar Mackeprang Wird eine Spannung an einen Halbleiterkristall angelegt, so kommt es zur Eigenleitfähigkeit des Halbleitermaterials. Eine geordnete Elektronenbewegung setzt ein: Die freien Elektronen hüpfen von Loch zu Loch zum positiven Pol der Spannungsquelle und somit wandern die positiven freien Ladungsträger (Löcher) zum negativen Pol. Achtung: Ein Loch kann nicht wandern!!!! Daher sprechen wir bei der Lochwanderung von der Bewegung von freien positiven Ladungsträgern!! Loch: freier positiver Ladungsträger Elektron: freier negativer Ladungsträger Basismaterial für die Halbleiter ist heute fast ausschließlich das Silizium (Sand). a) Heißleiter und Kaltleiter Der Widerstand eines Heißleiters, kurz NTC (Negative Temperature Coeffizient), vermindert sich bei steigender und erhöht sich bei fallender Temperatur. Bei einen Kaltleiter, kurz PTC (Positive Temperature Coeffizient), ist das Temperaturverhalten umgekehrt. Temperaturabhängige Widerstände werden vorwiegend als Messfühler in Temperaturreglern oder Überwachungsanlagen eingesetzt. b) Fotowiderstand Ein lichtabhängiger Widerstand, kurz LDR (Light Dependent Resistor), besitzt bei Dunkelheit einen hohen Widerstand. Fällt Licht auf die wirksame Fläche, eine Cadmiumsulfadschicht, so werden die Elektronen aus dem Halbleitermaterial frei gesetzt, die als Ladungsträger zur Verfügung stehen. Je mehr Licht einfällt, desto leitender d.h. desto niederohmiger wird der LDR. LDR eigen sich wunderbar für Lichtschranken und Überwachungsanlagen. Stefanie Bestler Stephan Nonnenmacher 2 Elektronik Seminar Mackeprang c) Paarbildung Paarbildung nennt man den Vorgang, bei dem ein Elektron aus der Elektronenpaarbindung raus geschmissen wird. Dabei entsteht: - freie Elektron - ein Loch Elektronenpaarbildung 4+ 4+ 4+ 4+ freies Elektron Loch, positiv geladen Stefanie Bestler Stephan Nonnenmacher 3 Elektronik Seminar Mackeprang d) Rekombination Ein Loch wird durch ein Elektron durch gegenseitige Anziehung gefüllt. Gegenteil der Paarbildung. Dabei entsteht wieder eine Elektronenpaarbindung. Die Bewegung der Löcher entsteht durch Paarbildung und die Rekombination. Die Wanderung der der positiven freien Ladungsträger kann man mit einem zähfließenden Verkehr vergleichen. Immer wenn ein Auto vorfährt entsteht an seinem alten Platz ein Loch.

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