Dioden

Einführung in die Elektronik
Sommersemester 2016
Übungsblatt 5
Ausgabe: Mittwoch 18.05.16
Besprechung: Mittwoch 25.05.16
Aufgabe 1: Grundlagen von Dioden
a) Dioden sind ein wichtiges Halbleiterbauelement in der Elektronik. Beschreiben und skizzieren Sie die
physikalische Situation beim Aufeinandertreffen von einer p- und einer n-Schicht (wie in einer Diode).
b) Gegeben sei die folgende, typische Si-Dioden-Kennlinie. Beschriften Sie die Kennlinie mit entsprechenden Fachbegriffen und die Polung für beide Diodenbeschaltungen.
c) Die folgenden beiden Dioden-Schaltkreise weisen einen veränderbaren Schalter auf. Entscheiden und
begründen Sie, welches Lämpchen jeweils bei den drei möglichen Schalterstellungen leuchtet.
Aufgabe 2: Begrenzerschaltung
Die folgende Begrenzerschaltung mit einer Zenerdiode (UZ0 = 10 V) werde mit einer dreiecksförmigen Eingangsspannung betrieben.
a) Geben Sie zu dem linearen Schaltungsteil (R - RL ) eine Ersatzspannungsquelle an, die durch die ZDiode belastet wird. Was ist die Funktion einer Z-Diode?
b) Zeichnen Sie maßstäblich den Spannungsverlauf der Spannung UZ für die Fälle RL → ∞ und RL = 4 kΩ
mit der Annahme einer idealen Z-Diode (rZ = 0).
c) Stellen Sie UZ für den Leerlauf (RL → ∞) noch einmal dar, wenn die Z-Diode den relativ hohen
differenziellen Widerstand rZ = 100 Ω aufweist.
Aufgabe 3: Gleichrichterschaltung
Erstellen Sie mit PSPICE den Schaltplan einer Gleichrichter-Brückenschaltung, die die Gleichrichtung beider
Halbwellen einer Sinusspannung ermöglicht. Die Schaltung soll einmal mit und einmal ohne Ladekondensator
analysiert werden. Führen Sie dazu eine Transientenanalyse durch.
Neben den Dioden D1N4002 (PSpice: 1N4002) benötigen Sie eine Spannungsquelle (50 V, 50 Hz), einen Lastwiderstand (50 Ω) und einen Ladekondensator (1000 µF).
Aufgabe 4: Gleichstrommotor-Schaltung
Zum Betrieb eines Gleichstrommotors soll eine Zweiweggleichrichtung
verwendet werden. Damit sich der Motor in der richtigen Richtung
dreht, muss der mit (+) gekennzeichnete Anschluss des Motors mit
dem Pluspol der Gleichspannung verbunden sein. Der Scheitelwert der
Betriebswechselspannung beträgt hierbei U0 = 3,0 V. Zunächst liegt
das folgende Schaltungsdesign vor:
a) Was passiert beim Anschluss der Wechselspannungsquelle?
b) Die Sicherung wird durch einen Widerstand Rs ersetzt. Wie groß muss Rs mindestens gewählt werden,
damit keine Zerstörung der Dioden droht? Die Knickspannung der Dioden sei jeweils UK = 0,70 V,
der maximale Strom durch eine Diode soll 100 mA nicht überschreiten. Beim Überschreiten der Knickspannung sollen die Dioden idealerweise keinen Widerstand mehr besitzen.
c) Der Anker des Gleichstrommotors hat den Widerstand Ra = 4,0 Ω. Damit der Motor anläuft, sollten
mindestens 100 mA durch den Anker fließen. Wird der Motor bei obiger Schaltung anlaufen?
d) Obige Schaltung hat Nachteile, die durch eine kleine Schaltungsänderung beseitigt werden können.
Machen Sie einen Vorschlag für die abgeänderte Schaltung (Skizze!).