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Questions and Answers

Was ist die Bandlücke von Silizium?

  • 1.5 eV
  • 1.17 eV (correct)
  • 2.1 eV
  • 1.12 eV

    • Wie hängt die Energie der Photonen mit der Wellenlänge zusammen?

  • Die Energie ist umgekehrt proportional zur Wellenlänge. (correct)
  • Die Energie variiert nur mit der Frequenz.
  • Die Energie ist direkt proportional zur Wellenlänge.
  • Die Energie ist unabhängig von der Wellenlänge.

    • Welche Beziehung beschreibt die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum?

  • $c = ext{h} imes ext{E}$
  • $c = ext{λ} imes ext{f}$ (correct)
  • $c = ext{λ}^2 imes ext{f}$
  • $c = rac{E}{ ext{h}}$

    • Warum können Photonen vom Halbleiter absorbiert werden?

    <p>Sie besitzen die erforderliche Energie, um Elektronen anzuheben.</p> Signup and view all the answers

    Wie werden Photodioden betrieben?

    <p>In Sperrrichtung.</p> Signup and view all the answers

    Was wird bei Leuchtdioden (LED) erzeugt?

    <p>Lichtenergie.</p> Signup and view all the answers

    Wie arbeiten Z-Dioden?

    <p>Sie werden in Sperrrichtung unterhalb der Durchbruchspannung betrieben.</p> Signup and view all the answers

    Was entspricht ungefähr einem Elektronvolt (eV) in Bezug auf die Wellenlänge?

    <p>1240 nm</p> Signup and view all the answers

    Was wird unter n-Dotierung verstanden?

    <p>Der Leiter wird als n-Leiter bezeichnet und enthält Elektronen.</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage beschreibt den Zustand der Raumladungsschicht bei Kontakt einer p-Zone mit einer n-Zone?

    <p>Keine Bewegung von Ladungsträgern findet statt.</p> Signup and view all the answers

    Was passiert, wenn eine positive Spannung an die p-Zone einer Diode angelegt wird?

    <p>Die Raumladungszone verringert sich und ab Schwellenspannung tritt Stromfluss ein.</p> Signup and view all the answers

    In welcher Richtung fließt der Strom in Durchlassrichtung einer Diode?

    <p>Von der Anode zur Kathode.</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Bandlücke in einem Halbleiter?

    <p>Den energetischen Abstand zwischen Valenz- und Leitungsband.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über Halbleiter ist korrekt?

    <p>Halbleiter haben eine Bandlücke von 0,1 - ~ 4 eV.</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht bei Anlegen einer negativen Spannung an die p-Zone?

    <p>Stromfluss wird unterbunden und die Raumladungszone breitet sich aus.</p> Signup and view all the answers

    Was passiert bei der Dotierung eines Halbleiters mit Donatoren?

    <p>Fremdatome mit 5 Valenzelektronen werden eingebaut.</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage beschreibt das Verhalten einer idealen Diode?

    <p>In Durchlassrichtung fließt der Strom nahezu ungehindert.</p> Signup and view all the answers

    Welche Bedingung muss erfüllt sein, damit bei einer realen Diode Strom in Durchlassrichtung fließt?

    <p>Die Schwellenspannung US muss überschritten werden.</p> Signup and view all the answers

    Welches Material hat die größte Bandlücke?

    <p>Ein Isolator</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage trifft auf die ideale Diode zu?

    <p>Sie lässt keinen Strom im Rückwärtsbetrieb fließen.</p> Signup and view all the answers

    Wie wird der pn-Übergang in Sperrrichtung beschrieben?

    <p>Der Stromfluss wird nahezu vollständig unterbunden.</p> Signup and view all the answers

    Was sind typische Eigenschaften von Leitern?

    <p>Sie können Elektronen relativ frei bewegen.</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Unterschied zwischen Akzeptoren und Donatoren in der Dotierung von Halbleitern?

    <p>Donatoren erhöhen die Elektronenkonzentration, Akzeptoren verringern sie.</p> Signup and view all the answers

    Wie hoch ist die Energie eines Elektronens, das 1 eV entspricht?

    <p>1,602 ∙ 10^-19 J.</p> Signup and view all the answers

    Was passiert, wenn eine Diode leitet?

    <p>Es gibt keinen Spannungsabfall über die Diode.</p> Signup and view all the answers

    Wie wird der Strom $I_{DA}$ in einem nichtlinearen Spannungsteiler bestimmt?

    <p>Durch grafisches Bestimmen des Schnittpunkts mit der Diodenkennlinie.</p> Signup and view all the answers

    Was gilt für die Spannung in einer Reihenschaltung von zwei Dioden?

    <p>Die Gesamtspannung ist die Summe der Spannungen beider Dioden.</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt der nichtlineare Spannungsteiler?

    <p>Die Beziehung zwischen Spannung und Betrag über einen Widerstand.</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über die Parallelschaltung von Widerstand und Diode ist korrekt?

    <p>Der Gesamtstrom ist die Summe der Teilströme durch die Diode und den Widerstand.</p> Signup and view all the answers

    Welche Bedingung muss erfüllt sein, damit die Diode in Fall 2 sperrt?

    <p>$U_D$ muss kleiner oder gleich null sein.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über die Kirchoffschen Gleichungen trifft auf Schaltungen mit Dioden zu?

    <p>Die Kirchoffschen Gleichungen gelten auch für Diodenschaltungen.</p> Signup and view all the answers

    Was passiert mit der Spannung $U$ in einer Diode, wenn $U$ größer als $U_D$ ist?

    <p>Die Diode leitet und $U_D$ bleibt positiv.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Brückengleichrichter?

    <p>Ein Vollweggleichrichter</p> Signup and view all the answers

    Welche Dioden leiten während der positiven Phase der Eingangsspannung in einem Brückengleichrichter?

    <p>Dioden D1 und D3</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht während der negativen Phase der Eingangsspannung in einem Brückengleichrichter?

    <p>Dioden D2 und D4 leiten</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über die Dioden in einem Brückengleichrichter ist korrekt?

    <p>Dioden haben ein unterschiedliches Widerstandverhalten in Sperr- und Durchlassrichtung.</p> Signup and view all the answers

    Wie wird elektrischer Strom definiert?

    <p>Die Änderungsrate der Ladung durch eine Fläche.</p> Signup and view all the answers

    Welches Bauteil wird als passives Element bezeichnet?

    <p>Elektrischer Widerstand</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Funktion der Kirchhoffschen Regeln in der Schaltungsanalyse?

    <p>Berechnung von Strom und Spannung in jedem Zweig einer Schaltung</p> Signup and view all the answers

    Welche Art von Stromleitungsmechanismus ist in Halbleitern zu finden?

    <p>Elektronen- und Löcherstrom</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Ladungstransport in Leitern und Halbleitern

    • Elektronen im Valenzband sind fest an Atomkerne gebunden, während im Leitungsband eine freie Bewegung möglich ist.
    • Die Bandlücke beschreibt den energetischen Abstand zwischen Valenz- und Leitungsband, meist in eV (Elektronenvolt) angegeben.

    Klassifizierung von Materialien

    • Leiter: Keine Bandlücke.
    • Halbleiter: Bandlücken von 0,1 bis ~4 eV (z.B. Si hat 1,17 eV).
    • Isolatoren: Bandlücke größer als 4 eV.

    Dotierung in Halbleitern

    • n-Dotierung: Fremdatome mit 5 Valenzelektronen werden in das Kristallgitter eingebaut; Majoritätsladungsträger sind Elektronen.
    • p-Dotierung: Fremdatome mit 3 Valenzelektronen; Majoritätsladungsträger sind Löcher.

    pn-Übergang und Raumladung

    • Bei Kontakt einer p-Zone mit einer n-Zone entsteht eine Raumladungsschicht, in der keine Bewegung von Ladungsträgern stattfindet.
    • Im stationären Zustand fließt kein Strom über den pn-Übergang.

    Verhalten der Diode

    • Durchlassrichtung: Strom fließt nahezu ungehindert von Anode (p) zu Kathode (n).
    • Sperrrichtung: Stromfluss ist nahezu unterbunden.
    • Ideale Dioden zeigen ein ohmsches Verhalten in Durchlassrichtung, wobei unterhalb einer Schwellenspannung (US) der Strom in Durchlassrichtung nahe Null ist.

    Reale Dioden und Kennlinien

    • In realen Dioden gibt es eine Schwellenspannung, unterhalb derer kein signifikanter Strom fließt.
    • Energie der Photonen kann Elektronen vom Valenzband ins Leitungsband heben.

    Diodentypen und ihre Verwendung

    • Photodioden: Arbeiten in Sperrrichtung; erzeugen einen messbaren Strom durch lichtinduzierte Elektronen.
    • Leuchtdioden (LED): Betrieben in Durchlassrichtung, wandeln elektrische Energie in Licht um.
    • Z-Dioden: Spannungsbegrenzung und Überlastschutz in Sperrrichtung.
    • SPAD: Hohe Empfindlichkeit für Einzelphotonen.

    Einfache Schaltungen mit Dioden

    • Kirchhoffsche Regeln gelten auch in Diodenschaltungen.
    • Bei Einweggleichrichtern zeigt die Diode zwei Betriebszustände: leitet oder sperrt, abhängig von der angelegten Spannung.

    Grafische Lösungen in Diodenschaltungen

    • Nichtlineare Spannungsteiler und Reihenschaltungen erfordern die Kombination von Diodenkennlinien und bestimmten Widerstandswerte zur Bestimmung des Gesamtstroms.
    • In Parallelschaltungen von Dioden und Widerständen addieren sich die Kennlinien in der Stromrichtung.

    Brückengleichrichter

    • Diese Schaltung wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um, indem während jeder Phase der Eingangsspannung verschiedene Dioden leiten.

    Zusammenfassung

    • Elementarladung ist quantisiert; elektrischer Strom ist die Änderungsrate der Ladung.
    • Dioden zeigen unterschiedliches Verhalten in Sperr- und Durchlassrichtung.
    • Kirchhoffsche Regeln und Leistungsbetrachtungen sind zentrale Konzepte in der Schaltungsanalyse.
    • Dioden finden Anwendung in Gleichrichterschaltungen und verschiedenen elektronischen Bauteilen.

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    Quiz Team

    Description

    Dieses Quiz behandelt den Ladungstransport in Leitern und Halbleitern. Es wird auf die Unterschiede zwischen verschiedenen Materialklassen eingegangen und das Verhalten von Dioden sowie die Dotierungsprozesse erklärt. Teste dein Wissen über die Grundlagen der Festkörperphysik!

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