1. Kontrolle Physik Klasse 9 7. 10.2013 1. a) Begründe

1. Kontrolle Physik Klasse 9
7. 10.2013
1. a) Begründe, warum ein metallischer Leiter als Kaltleiter und ein Halbleiter als Heißleiter
bezeichnet wird. (2)
b) Erkläre, warum ein reiner Halbleiter ein Heißleiter ist. (2)
c) Beschreibe, wie sich die Leitfähigkeit bei einem reinen Siliziumhalbleiter ändert, wenn
Arsenatome eingebaut werden (dotieren) (3)
2. a) Zeichne eine Schaltung, mit der man die Kennlinie einer Leuchtdiode aufnehmen kann.
(4)
b) Skizziere die Kennlinie eine Leuchtdiode. Erkläre daran den Begriff Diffusionsspannung.
(5)
c) Begründe, warum zum Betrieb eine roten LED zwei Batterien ausreichen, für eine blau
LED aber 3 Batterien notwendig sind. (2)
3. Welche Lampe leuchtet in der
nebenstehenden Schaltung? (1)
a) L1
b) L2
c) L1 und L2
d) keine
4. a) Worin besteht der Unterschied zwischen Gleich- und Wechselspannung? (1)
b) Erkläre, warum sich eine Halbleiterdiode für die Gleichrichtung von Wechselspannung
eignet. (2)
5. Was versteht man bei einer Zener-Diode unter der Z-Spannung? (1)
Lösungen
1.
a) Der metallische Leiter ist ein Kaltleiter, weil er bei niedrigen Temperaturen besser leitet als
bei hohen Temperaturen. Der Widerstand steigt mit wachsender Temperatur.
Beim Halbleiter ist es umgekehrt. Sein Widerstand wird mit höherer Temperatur immer
kleiner.
b) Beim Halbleiter schwingen wie bei einem Metall die Gitterbausteine bei
Temperaturerhöhung ebenfalls stärker und behindern die Elektronen.
Aus den Atomen werden aber bei Erwärmung immer mehr Elektronen losgelöst und können
sich frei im Gitter bewegen. Sie sind verantwortlich für den größeren Strom, also kleineren
Widerstand.
c) Arsen ist ein fünfwertiges Element, hat also 5 Außenelektronen. Silizium als vierwertiges
Element kann sich mit vier Elektronen des Arsen verbinden, ein Elektron bleibt aber frei und
ist jetzt ein freier Ladungsträger.
Der Halbleiter ist n-leitend und leitet den Strom wesentlicher besser als ein reiner Halbleiter.
2.
a)
b)
zu b) Die Stromstärke beginnt erst ab einer bestimmten Spannung zu fließen. Diese
Spannung heißt Diffusionsspannung und ist vom Diodenmaterial abhängig. Bei roten LED ist
sie niedriger als bei blauen LED.
Die Diffusionsspannung ist notwendig, um die Spannung zu überwinden, die in der Diode
selber durch die Diffusion von freibeweglichen Ladungsträgern in die Sperrschicht entsteht.
c) Die blaue LED hat eine Diffusionsspannung von über 3 V. Dafür sind wenigstens 3
Batterien notwendig, die in Reihe geschaltet 4,5 V liefern. Für eine rote LED sind etwa 2 V
ausreichend, die man mit zwei Batterien schafft.
3. Lampe L2 leuchtet. Die obere Diode ist in
Durchlassrichtung geschaltet. Damit fließt
der Strom durch sie hindurch und meidet
die Lampe. Die untere Diode ist in
Sperrrichtung geschaltet, wirkt also als
Isolator. Damit fließt der Strom durch die
Lampe.
4. a)Wechselspannung: Polarität der Spannungsquelle ändert sich ständig, damit fließt der
Strom ständig hin und her
Gleichspannung: Polarität der Spannungsquelle ändert sich nicht, der Strom fließt immer in
die gleiche Richtung
b) Die Diode lässt den Strom nur in einer Richtung durch. Damit kann sie den Wechselstrom
in einen Gleichstrom umwandeln. In die eine Richtung lässt sie ihn durch, die Rückrichtung
sperrt sie aber. Sie wirkt wie ein Ventil.
5. Die Z-Diode wird in Sperrrichtung betrieben. Bei der Z-Spannung wird sie aber auch in
Sperrrichtung gut leitend.