Lösungen zu Aufgaben zu Dioden

Elektronik
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Aufgaben zu Dioden
1.
Warum werden heute lieber Leuchtdioden statt Lämpchen eingesetzt ?
LEDs sind billig und wandeln die el. Energie viel effektiver in Lichtenergie um. (Ein 4V
Lämpchen leuchtet bei 150mA-eine LED schon bei 10 mA.
2.
Welche Spannung messen wir etwa an einer roten Leuchtdiode, wenn sie normal hell
leuchtet ? Wie groß ist etwa die Stromstärke ?
Die Spannung ist etwa 2V und die Stromstärke zwischen 10 und 20 mA
3.
Warum darf eine LED nie ohne Vorwidertand angeschlossen werden ?
Nach Erreichen der Schwellenspannung von etwa 2V kann die LED die Stromstärke nicht
mehr selbst begrenzen. Die Stromstärke würde bis zur Grenze ansteigen, die die Stromquelle
schafft. Das ist in der Regel eine zu große Stromstärke für die LED- die LED brennt durch.
Der Vorwiderstand vor der LED begrenzt die Stromstärke.
4.
Eine rote LED soll an eine Spannung von 12 V angeschlossen werden. Die Stromstärke
soll 10 mA betragen. Wie groß muss der Vorwiderstand sein ?
Es liegen an der LED im Betrieb etwa 2V also am Widerstand noch 12V-2V=10V. Mit dem
U
10V
ohmschen Gesetz berechnen wir den Widerstand zu R  
 1000  . Leuchtet die
I 0, 01A
Diode nicht hell genug, so muss der Widerstand verringert werden, damit die Stromstärke
größer wird.
Welche Eigenschaft zeichnet eine normale Diode aus ?
Sie lässt Strom nur in eine Richtung durch.
5.
Bei welcher Spannung schaltet eine normale Diode durch ?
Eine Siliziumdiode schaltet bei einer
Schwellenspannung von 0,7 V durch.
6.
Skizziere die Spannungs-Stromkurve
einer Diode. (Kennlinie)
7.
Bei der nebenstehenden Schaltung soll
der Taster S1 nur die LED1 einschalten.
Der Taster S2 soll LED1 und LED 2 und
der Taster S3 soll LED1 und LED3
gleichzeitig einschalten. Zeichne die
richtigen Verbindungen in den
Schaltplan ein und ergänze notwendige
Bauteile.
8.
Was ist ein Leiter ? Nenne Beispiele !
Leiter sind Stoffe, die den elektrischen Strom
gut leiten. Beispiele sind alle Metalle, wobei
z.Bsp. Kupfer besonders gut leitet. Auch viele
Nichtmetalle sind el. Leiter wie z.Bsp Wasser,
Graphit,.. Leiter haben frei bewegliche
Ladungsträger. Bei Metallen sind dies die negativ geladenen Elektronen.
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Aufgaben zu Dioden
9.
Was ist ein Nichtleiter ?
Als Nichtleiter bezeichnet man solche Stoffe, die den elektrischen Strom nicht leiten. Beispiele
sind Kunststoffe, Porzellan und alles was wir zum Isolieren von el. Leitungen benutzen.
Isolatoren haben keine frei bewegliche Ladungsträger.
10. Was versteht man unter einem Halbleiter ? Welche Materialien werden hauptsächlich
verwendet ?
Halbleiter sind Stoffe, die den el. Strom nur sehr schlecht leiten. Die wichtigsten Stoffe sind
Silizium und Germanium (Sie stehen in der 4. Hauptgruppe) Normalerweise leiten diese
Stoffe ganz schlecht, weil alle Elektronen gebunden sind. Durch Zuführung von Energie
(Licht oder Wärme) können frei bewegliche Elektronen aus dem Kristallverband gelöst
werden.
11. Was versteht man unter Dotierung eines Halbleiters ?
Dotierung bezeichnet die gezielte Verunreinigung eines Halbleiters wie Silizium durch Stoffe
aus der 3. oder der 5. Hauptgruppe.
12. Was ist ein n-Leiter und was ist ein p-Leiter?
Dotierung mit Stoffen aus der 5. Hauptgruppe erzeugen frei bewegliche Elektronen. Es
handelt sich dann um einen n-Halbleiter.
Dotierung mit Stoffen aus der 3. Hauptgruppe erzeugen Löcher(Stellen an denen Elektronen
fehlen). Diese Löcher sind frei beweglich und wirken wie positive Ladungsträger. Es handelt
sich dann um einen p-Halbleiter.
13.
Was geschieht an der Verbindungsstelle zwischen einem p- und einem n-Halbleiter.
(Diodeneffekt)
An der Verbindungsstelle rekombinieren Elektronen und Löcher. Es entsteht eine Schicht fast
ohne Ladungsträger. Es baut sich ein elektrisches Feld auf, dass verhindert, dass weitere
Elektronen und Löcher in diese Schicht wandern. Erst wenn diese Schicht durch eine
Spannung von außen abgebaut wird, findet wieder ein Stromfluss statt.Bei Silizium-Dioden
beträgt diese Spannung ca. 0,7 V, bei Leuchtdioden je nach Farbe zwischen 1,7V und 2,5 V.
14. Wie groß muss in den beiden Schaltkreisen der Widerstand R sein, wenn die
Stromstärke 10mA betragen soll ?
An jeder LED liegen etwa 2V und an einer „normalen“ Diode etwa 0,7 V.
Bild links : Am Widerstand liegen noch U=12V-0,7V-0,7V-2V-2V=6,6V. Mit dem ohmschen
U 6, 6V
Gesetz berechnen wir den Widerstand zu R  
 660
I 0, 01A
Bild rechts : Am Widerstand liegen noch U=12V-0,7V-0,7V-2V=8,6V. Mit dem ohmschen
U 8, 6V
Gesetz berechnen wir den Widerstand zu R  
 860
I 0, 01A