Grundlagen der Halbleiterbauelemente
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Halbleiter
Die einfachsten Elemente zur Herstellung von Halbleitern sind Silizium und Germanium. Im reinen Zustand sind Silizium und Germanium Isolatoren.
Die Diode
Durch die Verbindung eines p-dotierten Halbleiters (+) und eines n-dotierten Halbleiters (-) erhalten wir das einfachste elektronische Bauelement, die Diode. Schematisch: (+)---|>|---(-). Beim Betrieb einer Diode wird ein Teil der elektrischen Energie in Wärme umgewandelt. Dies ist ein kritischer Punkt beim Betrieb von Halbleiterbauelementen.
Anwendung als Schutzdiode
Eine Diode kann als Schutz für elektronische Geräte verwendet werden, um eine Verpolung des Stromanschlusses zu verhindern.
Anwendung als Trennschalter
Die Funktion der Diode als Trennschalter besteht darin, den Stromfluss nur in eine Richtung zu ermöglichen. Wenn eine Diode zwischen Lichtmaschine und Batterie geschaltet wird, kann der Strom vom Generator nur zur Batterie fließen und nicht umgekehrt.
Anwendung als Gleichrichter
Eine Diode kann als Gleichrichter verwendet werden, um Wechselstrom (AC) von einem Generator in Gleichstrom (DC) für die Batterieladung umzuwandeln. Wenn eine Diode mit einem AC-Generator verbunden ist, lässt sie nur die positiven Zyklen passieren und blockiert die negativen Zyklen.
Die Zener-Diode
Die Zener-Diode ist eine spezielle Diode, die in Sperrrichtung betrieben wird. Ihre Funktion ist nicht die Gleichrichtung, sondern die Stabilisierung einer Spannung. Symbol (vereinfacht): ----->^----
Anwendung der Zener-Diode
Wenn die Eingangsspannung unter der Zener-Spannung liegt, haben Änderungen keinen Einfluss auf die Ausgangsspannung. Steigt die Eingangsspannung jedoch über die Zener-Spannung, fließt ein Strom durch einen Vorwiderstand, wodurch die Spannung über der Zener-Diode stabilisiert wird. Die genaue Formel für die Zener-Spannung hängt von den spezifischen Bauelementen und der Schaltung ab.
Der Thyristor
Der Thyristor ist ein elektronischer Schalter, der schließt (leitend wird), wenn eine positive Spannung an seinem Gate-Anschluss angelegt wird. Er ähnelt einer Diode, hat aber den zusätzlichen Gate-Anschluss, der verwendet wird, um den Thyristor in den leitenden Zustand zu schalten (zu "zünden").
Der Triac
Der Triac ist ein bidirektionaler Halbleiterschalter, der zum Schalten von Wechselstromlasten verwendet wird. Er besitzt drei Anschlüsse: MT1, MT2 und Gate.
Transistoren
Transistoren bestehen aus der Verbindung von drei Halbleiterschichten. Sie können als PNP- oder NPN-Transistoren aufgebaut sein. Ein PNP-Transistor besteht beispielsweise aus zwei p-dotierten Schichten und einer n-dotierten Schicht.