Arbeitsauftrag für SNT – Gruppe 7c am 24

Fragenkatalog - wichtige Bauteile in der Löttechnik:
1. Was ist ein bipolarer Transistor? Was ist das Schaltsymbol?
bipolarer Transistor = elektronisches Halbleiterbauelement zum Schalten und Verstärken von elektrischen Signalen
(ohne mechanische Bewegungen)
Emitter (E)
Basis (B)
Collector (C)
2. Erkläre den Aufbau eines Transistors, was bedeutet dabei p- bzw. n – leitend?
Aufbau: 3 Schichten (E, B, C), Basisschicht sehr dünn in der Kombination npn oder pnp
n-Leitend: Ein Stoff wird mit einem Anderen Stoff verunreinigt um einen Elektronen Überschuss zu erzeugen
(Silizium mit Arsen)  negativ geladen
p-Leitend: Ein Stoff wird mit einem Stoff verunreinigt der einen Elektronen Mangel hat (Silizium mit Bor)  positiv
geladen
3. Erkläre die Funktion eines Transistors anhand einer einfachen Schaltung:
Strom (E  C) >>> Strom (E  B)
(=Collectorstrom)
(=Basisstrom)
Ohne Basisstrom kein Collectorstrom.
Erklärung: sobald negative Ladungsträger durch den Emitter-Basiskreis in die Basis
eintreten gelangen sie sofort in die Basis-Collector-Sperrschicht; die meisten
Ladungsträger werden vom Collector abgesaugt, nur ein Bruchteil (~1%) gelangen
zum Basisanschluss
4. Erkläre den Begriff Trockenbatterie, nenne alternative Bezeichnungen, welche
Spannungswerte treten auf?
- Die Trockenbatterie ist eine Bauform galvanischer Elemente. In der Trockenbatterie liegt der Elektrolyt
gebunden vor  kein Problem bei Umkippen, Verschütten etc.
- von Georges Leclanché entwickelt  Leclanché-Element
- seit Mitte des 20.Jh. sind im Alltag (Ausnahme: Autobatterie) nur noch Trockenbatterien im Einsatz 
Zink-Kohle-Element, Alkali-Mangan-Batterien
- Die Nennspannung eines Trockenelements beträgt 1,5V, diese kann durch Reihenschaltung aber
vergrößert werden.
5. Erkläre mittels einer Aufbau-Skizze die wichtigen Bestandteile!
Bestandteile:
Das Zink-Kohle-Element besteht aus einer
zu einem Becher geformten Zinkelektrode
(negativer Pol) und Mangandioxidpulver
(=Braunstein, positiver Pol) mit einer
Kohleelektrode als elektrische Leitung.
Als Elektrolyt wird dabei eine 20%ige
Ammoniumchloridlösung eingesetzt.
Der elektrische Verbraucher wird
zwischen die beiden Elektroden
geschaltet.
6. Wie liefert die Trockenbatterie elektrische Energie?
Die Oxidation von Zink und die Reduktion von Mangandioxid (Braunstein) liefert die elektrische Energie
in Form einer Ladungstrennung  Spannung. Die bei der Oxidation freigesetzten Elektronen wandern
durch den äußeren Stromkreis mit dem Verbraucher von der Anode (negative Elektrode) zur Kathode
(positive Elektrode). Zum Ladungsausgleich wandern durch den Elektrolyten OH--Ionen von der Kathode
zur Anode dadurch werden die chemischen Bestandteile aufgebraucht.
Die in Alkali-Mangan- und Zink-Kohle-Zellen ablaufenden Reaktionen sind sehr komplex und können hier
nicht genau beschrieben werden.
7. Der Kohleschichtwiderstand: Aufbau und seine Vorteile!
Ein Schichtwiderstand ist ein elektronisches Bauteil mit definiertem elektrischem
Widerstand.
Der Kohleschichtwiderstand ist wohl der Meistverwendete.
Vorteile: Niedriger Preis und kleine Bauform.
Nachteile: Geringe Leistung und geringe Genauigkeit (5% - 25%).
Aufbau: Ein Kohleschichtwiderstand besteht aus einem Isolator (Keramikkern), der mit einer dünnen
Schicht aus Kohle und zwei metallenen Zuleitungen versehen ist.
8. Was ist das Schaltsymbol des Kohleschichtwiderstandes, was bedeuten die
Farbringe?
Schaltsymbol eines Widerstandes:
Die Farbringe kennzeichnen einen bestimmten Widerstandswert und die Toleranz, mit der der
Widerstandswert abweichen darf.
Kohleschichtwiderstände haben im Gegensatz zu Metallschichtwiderständen anstatt 5 oder 6 Farbringen nur
4 Farbringe. Die Widerstandsbestimmung kann mit der Tabelle durchgeführt werden, indem man
herausfindet welche Farben für welche Zahlen stehen. Der erste und der zweite Ring bestimmen den
Widerstandszähler. Der dritte Ring dient als Multiplikator. Der vierte Ring ist der Toleranzring, der die
Abweichung des Widerstandswerts bestimmt.
Ein Auszug aus der Tabelle:
Ringfarbe 1. Ring 2. Ring 3. Ring (Multiplikator) 4. Ring (Toleranz)
schwarz
-
0
-
-
braun
1
1
× 10
1%
rot
2
2
× 100
2%
violett
7
7
× 10000000
0,1 %
weiß
9
9
-
-
gold
-
-
× 0,1
5%
Bsp: braun – schwarz – rot – gold
Also: 1
0
*100 ± 5%
-> 1 000 Ω ± 5% = 1kΩ ± 5%
9. Erkläre wichtige Anwendungsbereiche:
Trotz der großen Ungenauigkeit ist diese Form für Vorwiderstände bzw. Schutzwiderstände und dgl. mehr
als ausreichend. Er wird nahezu in allen elektrischen Schaltungen im Bereich der Unterhaltungselektronik,
Steuerungstechnik, usw. verwendet. Ausnahme: Integrierte Schaltungen
10. Was bedeutet die Abkürzung LED, erkläre Vorteile und Anwendungen!
LED = „light emitting diode“
Anwendungen:
Hintergrundbeleuchtung von Displays, kontrollleuchte, Reklameschriftzüge, Taschenlampen, …
Vorteile:
Stromeinsparung, umweltfreundlich, lange Lebensdauer
11. Erkläre den Aufbau einer LED!
Eine LED besteht aus dem eigentlichen LED-Chip, einem
Reflektor, einem Golddraht als Kontaktierung und einer
Kunststofflinse, in die alles eingefasst ist. Der LED-Chip
enthält den eigentlichen p-n-Übergang des
Halbleitermaterials, er ist in die Reflektorwanne eingeklebt
und der Golddraht als Anodenkontakt oben aufgelötet.
12. Wie entsteht das Licht einer LED?
Das Halbleitermaterial ist so gewählt, dass am pn-Übergang bei der Rekombination von Elektronen und Löchern die
auftretende Bewegungsenergie in Form von Lichtwellen ausgesendet wird (Elektronen wechseln von höheren
Quantenstufen in niedere Energiestufen).
Zu diesem Zweck muss die Diode in Durchlassrichtung gepolt sein (siehe Abbildung )
13. Erkläre den prinzipiellen Aufbau eines Kondensators und erkläre mindestens 2 Typen:
Prinzipieller Aufbau:
Zwischen 2 Leitern großer
Fläche wird ein Isolator (= Dielektrikum) eingebaut, damit
Ladungen auf dem Leiter gespeichert werden können.
Typ1:
SCHICHTKONDENSATOR
Wie oben erklärt werden mehrere Schichten übereinander gelegt, damit die Leiterfläche möglichst groß
wird.
Typ2: ELEKTROLYTKONDENSATOR
Die Speicherung der Ladung erfolgt hier nicht auf
klassischen Metallleitern, sondern innerhalb eines
Elektrolyten. (= leitende Flüssigkeit), zwischen dem
Isolatorkörnchen die Oberfläche und damit die Kapazität
erhöhen.
erhöhen
14. Erkläre die Funktion und Aufgabe von Kondensatoren!
Funktion: Wird eine konstante Spannung an die Anschlüsse eines ungeladenen Kondensators angelegt, so
fließt kurzzeitig ein elektrischer Strom; er lädt eine Elektrode positiv, die andere negativ auf. Diese
elektrische Ladung des Kondensators bleibt erhalten, wenn er von der Spannungsquelle getrennt wird.
Entnimmt man dem Kondensator Ladung bzw. einen Strom, sinkt seine Spannung wieder.
Aufgabe: Energiespeicher, Blindwiderstände (=Größe der Elektrotechnik, die bei Wechselstrom eine
Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom verursacht) oder frequenzabhängige Widerstände
15. Erkläre das Schaltsymbol und wichtige Anwendungsbereiche in der Praxis:
Schaltzeichen: hohles Rechteck: Pluspol
Gefülltes Rechteck: Minuspol
Anwendungsbeispiele:
Blitzlichtgeräte; Tonfrequenzkondensatoren in
Frequenzweichen von Lautsprecherboxen; Ladungssammler in Zeitgliedern, z. B. in Blinkern;
Sieben von Wechselspannungsanteilen innerhalb einer Schaltung
16. Erkläre den Aufbau eines elektrodynamischen Lautsprechers:
Bei elektrodynamischen Lautsprechern wird die Membran mit einer
Schwingspule verbunden, die in einem Magneten frei hängt.
Durch die entsprechende Ansteuerung der Spule mit
Wechselstromsignalen wird die Membran in der für einen
bestimmten Ton nötigen Frequenz zur Schwingung gebracht.
(=Kraft auf einen Leiter im Magnetfeld)
17. Erkläre typische technische Daten eines Lautsprechers:
Frequenzumfang (z.b.33 Hz – 20 kHz (-3 dB)) daraus ist ersichtlich on ein Lautsprecher
nur Frequenzen im hörbaren bereich oder auch darunter und darüber Wiedergeben kann.
Empfindlichkeit (z.b.87 dB (2,83 V/1m)) Bis zu dieser dB grenze liefert der Laustprecher
einen klaren Ton.
Impedanz (z.b.4 Ω nominell): Ist wie an der Einheit Ω ersichtlich ein Widerstand,
jedoch ist die Impedanz im Gegensatz zum normalen ohmschen Widerstand von der
Frequenz der anliegenden Stromspannung abhängend. Grafik zu einer Lautsprecher Impedanz.
Verstärkerleistung (30 – 300 W an 4 Ω) Empfehlung des Herstellers für den eingehenden Strom.
18. Nenne 4 wichtige Lautsprecherarten, welches ist der häufigste in der Anwendung?
Elektrodynamisch, Elektrostatisch, Elektromagnetisch und
Piezo-elektrischer Lautsprecher
(Die beiden unterstrichenen sind die häufigsten!
)
19. Was ist die Aufgabe eines Elektromotors, nenne wichtige Motortypen?
Elektromotor = elektromechanischer Wandler, d.h. er wandelt elektrische Energie in mechanische Energie
um
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




Gleichstrommotor
Wechselstrommotor
Drehstrommotor
Universalmotor
Linearmotor
Schrittmotor
20. . Erkläre den Aufbau eines Universal-Elektromotors!
Universalmotor = Reihenschlussmotor, d.h. eine Elektromagnetspule als Statorfeld wird mit einer
Rotorspule über Kommutator und Bürsten in Serie geschaltet.
Verwendung an Gleich- und Wechselspannung ist möglich
Besteht aus:
 Feldwicklung im Stator
 Ankerwicklung im Rotor
 Kommutator ( Stromwender, Kupferlamellen) an der Ankerwicklung; Stromversorgung durch
Kohlebürsten
21. Wie funktioniert ein Universal-Elektromotor prinzipiell?
Erregerwicklung im Ständer erzeugt ein Magnetfeld  wird durch Eisenblechpaket verstärkt und zu
definierten Polen gebündelt; dasselbe passiert im Ankerspulenwicklung ebenso.
 Magnetfeld im Stator bewirkt: a) dass es den Rotor jede halbe Drehung anzieht
b) dass es den Rotor danach aber auch anschiebt (Abstoßwirkung)
22. Was bedeutet eigentlich IC, wo werden solche Bauteile verwendet?
IC= integrierter Schaltkreis (engl. integrated circuit); Verwendung: Computertechnik
- umfangreiche Funktionalität auf kleinem Raum, ermöglicht technische Realisierung von SchaltSystemen, die sonst zu teuer, komplex, leistungsintensiv oder groß wären;
23. Was für Logikbauteile werden in einem IC vereinigt?
Transistoren, Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten
24. Welche Herstellungstechniken sind gebräuchlich?
Herstellung auf Wafer (einkristalline Halbleiterscheibe), auf den die Bauteile mit Beschichtungstechniken
integriert werden:
versch. Arten von Arbeitsabläufen:
Fotolithografie (Belichtung); Diffusion (Durchmischung zweier Stoffe); CVD(chemische
Gasphasenabschneidung: Beschichtungsverfahren);
Sputtern (Atome vom Festkörper herausgelöst); Bedampfen (Beschichtungstechnik); Epitaxie (geordnetes
Kristallwachstum auf einer Trägerschicht) ;