Kondensatoren, Transistoren, Halbleiter und Dioden
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Kondensatoren
Kondensatoren speichern elektrische Ladung. Sie bestehen aus zwei Metallplatten, die durch ein Isoliermaterial getrennt sind. Die Platten sind mit einem Anschluss verbunden, der wiederum mit einer Schaltung verbunden ist. Die Kapazität eines Kondensators wird in Farad (F) gemessen. Wenn ein Kondensator an eine Batterie angeschlossen wird, lädt er sich auf. Die Zeit, die zum Laden benötigt wird, nennt man Ladezeit. Die Zeit, die zum Entladen benötigt wird, nennt man Entladezeit. Kondensatoren werden oft in Timern verwendet, um die Lade- und Entladezeit zu steuern.
Transistoren
Transistoren bestehen aus drei Schichten Halbleitermaterial und haben drei Anschlüsse: Kollektor, Emitter und Basis. Es gibt drei Betriebszustände von Transistoren:
Sperrzustand: Wenn der Basisstrom Ib = 0 ist, fließt kein Strom vom Kollektor zum Emitter. Der Transistor wirkt wie ein offener Schalter.
Aktiver Zustand: Wenn der Basisstrom Ib erhöht wird, fließt ein Strom vom Kollektor zum Emitter. Das Verhältnis von Kollektorstrom zu Basisstrom nennt man Stromverstärkung (β). Ein typischer Wert für β ist 100.
Sättigungszustand: Wenn der Basisstrom weiter erhöht wird, erreicht der Kollektorstrom einen Maximalwert. Der Transistor wirkt wie ein geschlossener Schalter.
Halbleiter und Dioden
Halbleiter sind Materialien wie Silizium und Germanium, die bei Raumtemperatur Isolatoren sind. Wenn jedoch die Temperatur erhöht wird oder eine Spannung angelegt wird, können sie Strom leiten. Halbleiter sind jedoch schlechte Leiter. Ihre Leitfähigkeit kann durch Dotierung verbessert werden. Dotierung bedeutet, dass man dem Halbleitermaterial Fremdatome hinzufügt.
P-Dotierung: Hier werden Atome hinzugefügt, die ein Elektron weniger haben als das Halbleitermaterial. Dadurch entstehen Elektronenlöcher, die den Stromfluss ermöglichen.
N-Dotierung: Hier werden Atome hinzugefügt, die ein Elektron mehr haben als das Halbleitermaterial. Dadurch entstehen freie Elektronen, die den Stromfluss ermöglichen.
Dioden sind Bauelemente, die aus einem P-dotierten und einem N-dotierten Halbleiter bestehen. Eine Diode lässt den Strom nur in eine Richtung fließen. Wenn die Diode in Durchlassrichtung gepolt ist, leitet sie. Wenn die Diode in Sperrrichtung gepolt ist, leitet sie nicht.
Leuchtdioden (LEDs)
Leuchtdioden (LEDs) sind Dioden, die Licht emittieren. Sie verhalten sich wie normale Dioden, haben aber die Besonderheit, dass sie Licht aussenden, wenn Strom durch sie fließt.