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Aufgabe

Funktionsweise einer Halbleiterdiode

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

a)Erkläre mit Hilfe flächenhafter Skizzen, wie die Gleichrichterwirkung einer Halbleiterdiode zustande kommt.

b)Nenne zwei Vorteile, die eine Halbleiterdiode gegenüber einer Vakuumdiode besitzt.

c)Erläutere, welcher Pol der Spannungsquelle bei einer Halbleiterdiode an den n-Leiter gelegt werden muss, damit die Diode in Durchlassrichtung gepolt ist.

d)Gib an, wo in der nebenstehend skizzierten Diode der Minuspol der Spannungsquelle anzuschließen ist, damit die Diode in Durchlassrichtung gepolt ist?

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a)Die Diode entsteht durch den Kontakt eines n-Halbleiters mit einem p-Halbleiter. In der Grenzschicht entsteht eine Raumladungszone, in der sich zunächst keine beweglichen Ladungsträger befinden, da sich die beweglichen Elektronen der n-Schicht mit den beweglichen Löchern der p-Schicht ausgleichen. Zurück bleibt in der n-Schicht eine Zone mit ortsfesten positiven Ladungen und in der p-Schicht eine Zone mit ortsfesten negativen Ladungen. Diese verhindern, dass sich die beweglichen Ladungsträger vollständig ausgleichen.

Bei der Polung in Durchlassrichtung werden die beweglichen Ladungsträger durch die äußere Spannungsquelle in die Raumladungszone gedrückt. Die Raumladungszone wird so schmal, dass die Diode leitend wird.

Bei der Polung in Sperrrichtung werden die beweglichen Ladungsträger durch die äußere Spannungsquelle so beeinflusst, dass sich die Raumladungszone vergrößert. Die Diode sperrt.

 

b)Vorteile der Halbleiterdiode gegenüber der Vakuumdiode:

  • Es ist keine Heizspannung für eine Glühwendel notwendig (Energieersparnis)
  • Die Lebensdauer der Halbleiterdiode ist länger (geht nicht so leicht kaputt: kein Vakuum, kein Glas)

c)Wie obige Zeichnungen zeigen, muss bei der Polung in Durchlassrichtung an den n-Leiter der Minuspol der Spannungsquelle gelegt werden.

d)Damit die Diode in Durchlassrichtung gepolt ist, muss an den markierten Anschluss der Minuspol gelegt werden. Bei der skizzierten Diode muss also unten der Minuspol angelegt werden.