Kurs:Wie funktioniert eigentlich ein Computer/Referate/Die Diode

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Poster[Bearbeiten]

Poster über die Diode

Abstract[Bearbeiten]

  • Eine Diode ist ein elektronisches Bauteil, welches den Strom nur in eine Richtung fließen lässt (ähnlich einem Rückschlagventil). Sie vereinigt somit sozusagen die Eigenschaften von Leiter und Isolator in einem einzigen Bauteil.
  • Eine Diode besteht aus zwei Teilen,einem p- und einem n-dotierten Teil. Diese bilden eine Raumladungszone aus, in der keine freien Ladungsträger vorhanden sind.
  • Wird nun eine Spannung in Durchlassrichtung angelegt, löst sich die Raumladungszone auf und Strom kann fließen. Die entgegengesetzte Richtung wird Sperrrichtung genannt, da hier die Raumladungszone nicht abgebaut wird, kann allerdings kein Strom fließen. Es sei denn die Durchbruchsspannung wird überschritten. Hiervon ist allerdings abzuraten, da der eintretende Lawineneffekt die Diode thermisch zerstören kann.
  • Je höher die Temperatur der Diode ist, desto mehr freie (Minoritäts-)ladungsträger existieren und verringern den Widerstand der Diode. Sie verschieben also die Kennlinie. Diese folgt aber immer dem typischen Kennlinienverlauf einer Diode: Links und rechts des Ursprunges sperrt die Diode bis die Diffusions- bzw. Durchbruchsspannung überschritten wird.


Ausführliche Erklärung[Bearbeiten]

Eine Diode ist ein elektronisches Bauteil, welches den Strom nur in eine Richtung fließen lässt (ähnlich einem Rückschlagventil). Sie vereinigt somit sozusagen die Eigenschaften von Leiter und Isolator in einem einzigen Bauteil.

Eine Diode besteht aus zwei Teilen, welche in erster Linie aus einem einzigen Material bestehen. Dieses Grundmaterial würde in reinem Zustand eine vollständige Kristallstruktur ausbilden. Allerdings wird der eine Teil n-dotiert und der andere p-dotiert.

Dotierung[Bearbeiten]

Als Dotierung versteht man das gezielte Einbringen von Fremdatomen in ein Grunmaterial, wodurch die Eigenschaften selbigens in gewünschtem Maße beeinflusst werden können.
Bei der p-Dotierung werden Elektronen-Akzeptoren hinzugefügt, wodurch sogenannte „Defektelektronen“ bzw. „Löcher“ in der sonst regelmäßigen Kristallstruktur entstehen. Dies liegt daran, dass Elektronenakzeptoren zu wenige Valenzelektronen besitzen, um eine vollständige Kristallstruktur auszubilden.
Die n-Dotierung macht genau das Entgegengesetzte, denn hierbei werden nicht Elektronen-Akzeptoren sondern Elektronen-Donatoren eingebracht, wodurch nicht alle Elektronen in die Kristallstruktur eingebunden werden können.

Werden nun die beiden unterschiedlich dotierten Teile zusammengebracht, entsteht ein Konzentrationsgefälle der Elektronendichte, da im n-dotierten Teil deutlich mehr Elektronen existieren, wodurch es zur sogenannten Diffusion kommt.

Diffusion[Bearbeiten]

Diffusion beruht auf der ungerichteten, zufälligen Bewegung von Teilchen und führt mit der Zeit zur vollständigen,gleichmäßigen Verteilung mehrerer Stoffe in einem Raum. Dabei wechseln in der Summe mehr Teilchen aus Bereichen geringerer in Bereiche höherer Konzentration.

Durch die Diffusion werden nun Ladungen getrennt, wodurch ein elektrisches Feld entsteht, welches der Diffusion entgegenwirkt. Hierdurch bildet sich ein Gleichgewicht, sobald der Einfluss des elektrischen Feldes genauso groß ist, wie der der Diffusion. Diese Spannung wird Diffusionsspannung (oder auch Antidiffusionsspannung genannt).

Es ist nun ein Bereich entstanden in dem keine freien (Majoritäts-)Ladungsträger mehr vorhanden sind, da diese mit den diffundierten Ladungsträgern rekombiniert haben. Dieser Bereich, Raumladungszone oder Sperrschicht genannt, wikt nun wie ein Isolator, da elektrischer Stromfluss nur möglich ist, wenn genügend freie Ladungsträger vorhanden sind.

Für die Funktionsweise der Diode ist nun die Anschlussart entscheidend: Man unterscheidet Durchlass- und Sperrrichtung.

Durchlassrichtung
In Durchlassrichtung lässt die Diode Strom fließen. Hierzu muss die angelegte Spannung der Diffusionsspannung entgegenwirken und größer als diese sein, weil dann die Sperrschicht abgebaut wird.
Sperrrichtung
In Sperrrichtung lässt die Diode keinen Strom fließen, da dann die Sperrschicht verbreitert wird. Allerdings gilt dies nur, solange die Durchbruchsspannung nicht überschritten wird. Wird diese überschritten, kommt es zum Lawineneffekt: Ein (Minoritäts-)Ladungsträger wird so stark beschleunigt, das er bei Kollison andere Ladungsträger aus ihrer Bindung reißen kann, wodurch ein extrem hoher Strom fließt, welcher durch seine thermische Wirkung die Diode zerstören kann.

Der Widerstand der Diode ist aufgrund ihres Aufbaus stark von der Temperatur abhängig: Eine Temperaturzunahme bedeutet eine Widerstandsabnahme, da mehr Minoritätsladungsträger freigesetzt werden. Dies liegt daran, dass die Elektronenpaarbindungen durch die Bewegungen der Atome, welche durch die Temperaturzunahme hervorgerufen werden, aufreißen. Deswegen gibt es für verschiedene Temperaturen verschiedene Kennlinien. Der Verlauf selbiger folgt aber einem einheitlichen Muster: Im linken Bereich kommt es zum Durchbruch, also einer starken Stromzunahme bei geringfügiger Spannungszunahme. Im mittleren Bereich links und rechts des Ursprungs ist die Stromzunahme dahingegen äußerst gering, da die Diode hier sperrt. Ganz rechts ist der Durchlassbereich der Diode, in dem die Stromzunahme wieder deutlich höher ist.


Wikipedia-Hauptartikel[Bearbeiten]

Link zur Hauptseite von Wikipedia : Die Diode


Verständnis-Quiz[Bearbeiten]

Teste Dich!







  

1

Was ist die wichtigste Eigenschaft einer richtig genutzten Diode?

Umkehrung der Stromrichtung
Erzeugung eines extrem starken Magnetfeldes
Blockierung des Stromflusses in eine Richtung
Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom

2

Aus wie vielen Teilen besteht eine Diode?

Antwort:

3

Was geschieht wenn die Teile zusammenkommen?

Nichts
Es stellt sich ein Gleichgewicht ein
Wie bei allen guten physikalischen Experimenten gibts einen lauten Knall!
Es bildet sich eine Raumladungszone
beide Teile schmelzen

4

Ordne richtig zu:

n-Dotierung p-Dotierung Sperrschicht Durchlassrichtung Sperrrichtung
nur sehr wenige freie Ladungsträger
Anschlussart
mehr negative Ladungsträger als zur Ausbildung einer vollständigen Kristallstruktur notwendig
dotiertes bzw. "verunreinigtes" Material
Stromfluss erst bei Durchbruchspannung möglich
Defektelektronen vorhanden
geringer Widerstand

5

Welche der folgenden Aussagen sind richtig?

Bei Temperaturanstieg verringert sich der Widerstand
Dotieren bedeutet das Einbringen von Fremdatomen
Dioden können unbegrenzt Strom leiten
p-Dotieren bedeutet das Einbringen von Elektronen-Donatoren
egal was passiert, die Diode leitet Strom nur in eine Richtung
Liegt keine äußere Spannung an, fließen die Ladungsträger im Kreis
Diffusion findet entlang des Konzentraionsgradientens statt
Alle eindotierten freien Ladungsträger diffundieren
In Sperrrichtung wird die Raumladungszone verbreitert