Willkommen bei Elektronik 1

Willkommen bei Elektronik 1
Ave,
homo stultissimus
Physikalische Grundlagen
Die gesamte Elektrotechnik basiert auf
einer einzigen Eigenschaft: Ladung , Q
+✔ erhalten
✔ quantisiert
✔
Ladungserhaltung:
Paarerzeugung
Physikalische Grundlagen
Die Ladung Q ist quantisiert:
Das Millikan Experiment
Quelle: Uni Rostock
Physikalische Grundlagen
Die Coulombkraft
Gegensätze ziehen sich an!
Physikalische Grundlagen
Das Elektrische Feld
Q1 verändert den Raum, so dass Q2 eine Kraft erfährt
Physikalische Grundlagen
Das Elektrische Feld
Q1 verändert den Raum, so dass Q2 eine Kraft erfährt
Physikalische Grundlagen
Das Elektrische Feld
Fragen zum elektrischen Feld
1. Um welchen Faktor vergrößert sich die abstoßende Kraft
zwischen zwei sehr kleinen geladenen Kugeln, wenn bei beiden die
Ladung verdreifacht wird. Durch welche Abstands-veränderung
wird die Kraft auf den ursprünglichen Wert reduziert?
2. Elektrische Äquipotenziallinien schneiden elektrische Feldlinien
in einem Winkel von 90 Grad. Stimmt das?
3. Welches Kraftgesetz verbirgt sich hinter dem Gaußschen Satz für die
elektrische Ladung?
4. Bitte skizzieren Sie das elektrische Feld, welches durch eine große
positive und eine viel kleinere negative Ladung erzeugt wird.
hä?
Physikalische Grundlagen
Das Magnetfeld einer langen Spule
Physikalische Grundlagen
Das Magnetfeld: Hall-Sonde
Quelle: AREPOC s.r.o.
Physikalische Grundlagen
Das Magnetfeld: Polarlichter
Quelle: Skywallpaper.com
Schöne Erklärung: http://home.arcor.de/klaus.lampen/entstehung.html
Passive Bauelemente
Tantal Elektrolytkondensator
Passive Bauelemente
Doppelschichtkondensatoren
C = 1 kF
Chemische Bindungsarten
(Quelle: Prüfungstrainer)
Photonen
E Photon=h⋅f
f h
p Photon=h⋅ =
c 
n Photonen P Sender
20W
25 −1
=
≈
=1,5⋅10
s
34
s
h⋅f
2 GHz⋅6,6⋅10 Js
Photonen
Harte Gammastrahlung
Nebelkammeraufnahme: Paarerzeugung
n Photonen≈1
Je kleiner die Wellenlänge, desto
energiereicher und einsamer die Photonen!
Materiewellen
f h
p massives Teilchen=h⋅ =
v 
De-Broglie-Gleichung
Beugungsmuster von
Elektronen
an einer Metallschicht
(Quelle: Uni Hamburg)
Materie verhält sich bei Distanzen
nahe λ wie eine Welle
Welle = Lösung der Schrödingergleichung
Photonen-Emission von Atomen
(Quelle:Uni Stuttgart)
Periodensystem der Elemente
(Quelle:Wikipedia)
Kristallstruktur C, Si, Ge
Si-Bindung im Kristall:
Gemeinsame Orbitale
Welcher Bindungstyp ist das?
(Quelle: Prüfungstrainer)
Elektronenenergie und Stromleitung
bei Metallen
(Quelle:Prüfungstrainer)
Elektron-Loch Paardichte
(Quelle: www.IWENZO.de)
Beweglichkeit in Halbleitern
Energieverteilung
(Quelle:Experimentalphysik Uni Ulm, Othmar Marti & Alfred Plettl)
Teilchendichten am PN Übergang
(Quelle:Prüfungstrainer)
Diodendurchbruch und Dotierung
(Quelle:Tille & Schmitt-Landsiedel: „Halbleiterbauelemente und deren Anwendung..“
Tunneleffekt
Klassisch:
Ort eindeutig
Quantenphysik:
An jedem Ort endliche
Aufenthaltswahrscheinlichkeit
Keine Rückkehr
bei
Energieverlust
Transistoren: Stromverstärkung
Pling, plong,...
VROOOOOOOM
Transistoren: Ladungsträgerbilanz
(Quelle:Prüfungstrainer)
Transistoren: Kennlinienfeld
(Quelle:Wikipedia)
7400 TTL NAND Gatter
(Quelle: Wikipedia)
7400 TTL NAND Gatter
I C T 2 
V C T 2 =V CC −
R2
2,1
(>1,4)
(>0,7)
1,4
0,7
B⋅I B T 2 
V C T 2 =V CC −
R2
V C T 2 ≈V CC − B
0
1,6 
4k
Mittlerer Transistor
in Sättigung
→
oberer
Ausgangstransistor
gesperrt.
7400 TTL NAND Gatter
0,7
5
4,3
0
0
3,6
Bei
kapazitiven
Lasten
3,6 → 5
Mittlerer Transistor
gesperrt
→
unterer
Ausgangstransistor
gesperrt.
Transistortypen
z.B.:
Material
B C 237 A
B D Y93
Funktion
Material:
A Germanium
B Silizium
C GaAs oder InP
R Photoleitermaterial
Funktion:
C NF-Transistor
D NF-Leistungs-Transistor
F HF-Transistor
L HF-Leistungs-Transistor
S Schaltransistor
U Leistungsschalttransistor
Kennzeichen
Stromverst.
Kennzeichen:
3 Ziffern bei Konsumertypen
1 Buchstabe + 2 Ziffern bei
Industrietypen
Stromverstärkungsgruppe:
A kleine Stromverstärkung
B mittlere Stromverstärkung
C hohe Stromverstärkung
Intel CPU mit
2 Milliarden MOS Transistoren
(Quelle: www.ing.dk)
MOS Kennlinien
(Quelle: www.postreh.com)
MOS Kanalabschnürung
(Quelle: Prüfungstrainer)
3D MOS Transistoren (Intel 2011)
(Quelle: Prüfungstrainer)