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Ausführlicher Unterrichtsgang zu Halbleitern und Elektronik
Ausführliche Beschreibung eines Unterrichtsganges zu Halbleitern und Elektronik. Dabei werden Dioden, Transistoren und Sensoren thematisiert. Auch werden viele passende Experimente vorgeschlagen und erläutert und es steht Material zum Download und zum Anpassen bereit.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkLuka und das Licht der Zukunft, Band 1
Tolle Broschüre Rund um das Thema Licht, speziell der LED. Unterrichtsprojekte, z.B. Bau einfacher LED Lichter. Für Kinder bis 13 Jahren geeignet. Download als pdf auf der o.g. Seite.
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Vorgänge am pn-Übergang im Stop-Motion-Video
Das Video von Prof. Dr. Stefan Heusler, Uni Münster erläutert eindrucksvoll und anschaulich die Vorgänge am PN-Übergang von Halbleitern.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkDer Transistor-Effekt
- Wenn beim npn-Transistor die Basis genügend positiv gegenüber dem Emitter ist, kann ein Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke fließen (Transistor-Effekt).
- Mithilfe eines kleinen Basisstroms kann ein großer Stromfluss zwischen Emitter und Kollektor gesteuert werden.
- Wenn beim npn-Transistor die Basis genügend positiv gegenüber dem Emitter ist, kann ein Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke fließen (Transistor-Effekt).
- Mithilfe eines kleinen Basisstroms kann ein großer Stromfluss zwischen Emitter und Kollektor gesteuert werden.
Transistor-Formalitäten
- Einfache Transistoren bestehen drei abwechselnd p- und n-dotierten Halbleiterschichten.
- Man unterscheidet zwischen npn-Transistor und pnp-Transistor - meistens behandelt man jedoch npn-Transistoren.
- Die drei Teile nennt man Kollektor (C), Basis (B) und Emitter (E).
- Es gibt drei Schaltungsarten eines Transistors: Emitterschaltung, Kollektorschaltung und Basisschaltung. In der Praxis spielt die Emitterschaltung eine große Rolle.
- Einfache Transistoren bestehen drei abwechselnd p- und n-dotierten Halbleiterschichten.
- Man unterscheidet zwischen npn-Transistor und pnp-Transistor - meistens behandelt man jedoch npn-Transistoren.
- Die drei Teile nennt man Kollektor (C), Basis (B) und Emitter (E).
- Es gibt drei Schaltungsarten eines Transistors: Emitterschaltung, Kollektorschaltung und Basisschaltung. In der Praxis spielt die Emitterschaltung eine große Rolle.
Technik der Dotierung
- Halbleiter werden meist durch ein Diffusionsverfahren oder durch Implantation (Einschuss) mit Fremdatomen dotiert.
- Halbleiter werden meist durch ein Diffusionsverfahren oder durch Implantation (Einschuss) mit Fremdatomen dotiert.
Eigenleitung im Siliziumkristall
- Bei tiefen Temperaturen sind Halbleiter Isolatoren.
- Bei Energiezufuhr z.B. durch Erwärmung werden Elektronen aus ihren Paarbindungen gelöst - es entstehen Leitungselektronen und Löcher.
- Legt man eine äußere Spannung an, kommt es zur sogn Eigenleitung.
- Bei tiefen Temperaturen sind Halbleiter Isolatoren.
- Bei Energiezufuhr z.B. durch Erwärmung werden Elektronen aus ihren Paarbindungen gelöst - es entstehen Leitungselektronen und Löcher.
- Legt man eine äußere Spannung an, kommt es zur sogn Eigenleitung.
Dotierte Halbleiter
- Man unterscheidet zwischen n-dotierten und p-dotierten Halbleitern (kurz n- bzw. p-Halbleiter).
- Bei n-Halbleitern entstehen frei bewegliche Elektronen auf einem Untergrund positiver, ortsfester Atomrümpfe.
- Bei p-Halbleitern entstehen frei bewegliche "Löcher" auf einem Untergrund negativer, ortsfester Atomrümpfe.
- Man unterscheidet zwischen n-dotierten und p-dotierten Halbleitern (kurz n- bzw. p-Halbleiter).
- Bei n-Halbleitern entstehen frei bewegliche Elektronen auf einem Untergrund positiver, ortsfester Atomrümpfe.
- Bei p-Halbleitern entstehen frei bewegliche "Löcher" auf einem Untergrund negativer, ortsfester Atomrümpfe.
Stromrichtige und Spannungsrichtige Messung
- Messgeräte können die genaue Messung von Größen beeinflussen.
- Je nachdem, ob die die Stromstärke \(I\) oder die Spannung \(U\) besonders genau messen möchtest, musst du deine Messgeräte schalten.
- Messgeräte können die genaue Messung von Größen beeinflussen.
- Je nachdem, ob die die Stromstärke \(I\) oder die Spannung \(U\) besonders genau messen möchtest, musst du deine Messgeräte schalten.
p-n-Übergang - Halbleiterdiode
Joachim Herz Stiftung
- Halbleiterdioden bestehen aus zwei Schichten: einem p-Halbleiter und einem n-Halbleiter
- Dioden besitzen eine Durchlassrichtung und eine Sperrrichtung
- Liegt der Pluspol an der p-Schicht, so ist die Diode in Durchlassrichtung geschaltet
Joachim Herz Stiftung
- Halbleiterdioden bestehen aus zwei Schichten: einem p-Halbleiter und einem n-Halbleiter
- Dioden besitzen eine Durchlassrichtung und eine Sperrrichtung
- Liegt der Pluspol an der p-Schicht, so ist die Diode in Durchlassrichtung geschaltet
Leuchtdioden (LED) - Einführung
- Leuchtdioden sind Halbleiterdioden, die Licht , Infrarotstrahlung oder Ultraviolettstrahlung aussenden.
- LEDs müssen in Durchlassrichtung geschaltet werden, damit sie leuchten.
- LEDs sind effiziente Lichtquellen mit geringem Energiebedarf.
- Leuchtdioden sind Halbleiterdioden, die Licht , Infrarotstrahlung oder Ultraviolettstrahlung aussenden.
- LEDs müssen in Durchlassrichtung geschaltet werden, damit sie leuchten.
- LEDs sind effiziente Lichtquellen mit geringem Energiebedarf.
Silizium-Solarzellen
- Klassische Silizium-Solarzellen bestehen aus einer n-dotierten und einer p-dotierten Schicht. Am Übergang bildet sich eine sog. Raumladungszone.
- Einfallendes Licht löst in dieser Raumladungszone Elektronen von Atomen (innerer Fotoeffekt).
- Der Wirkungsgrad von Solarzellen liegt aktuell bei 13% - 48%.
- Klassische Silizium-Solarzellen bestehen aus einer n-dotierten und einer p-dotierten Schicht. Am Übergang bildet sich eine sog. Raumladungszone.
- Einfallendes Licht löst in dieser Raumladungszone Elektronen von Atomen (innerer Fotoeffekt).
- Der Wirkungsgrad von Solarzellen liegt aktuell bei 13% - 48%.
Elektronik-Kompendium
Umfangreiches Kompendium im Bereich der Elektrotechnik.
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Zum externen WeblinkElektronik
Einführung in die Elektronik
- Was sind eigentlich Halbleiter?
- Welche besonderen Eigenschaften haben Halbleiter?
- Warum werden Halbleiter dotiert?
- Wie funktioniert die Dotierung von Halbleitern technisch?
Elektronik
Halbleiterdiode
- Woraus bestehen eigentlich Dioden?
- Welche besonderen Eigenschaften haben Dioden?
- Wie funktionieren Leuchtdioden?
- Warum benutzt man statt Glühbirnen heute Leuchtdioden?
Elektronik
Transistor
- Wie ist ein Transistor aufgebaut?
- Können Transistoren Strom verstärken?
- Warum sind Transistoren heute so wichtig?
- Wo und wie werden Transistoren überall eingesetzt?
Video eines Monochords
Das Video zeigt ein Monochord, und wie sich die Tonhöhen mit der Veränderung der Länge der freischwingenden Saite verändert. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zum Effekt eines Resonanzkastens
Das Video veranschaulicht den Effekt eines Resonanzkastens auf die Lautstärke der Schwingung einer Stimmgabel. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Schwingung einer Stimmgabel
Dieses kurze Video zeigt die Schwingungskurven einer Stimmgabel auf einer mit Ruß bedeckten Glasplatte. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zum Hörbereich des menschlichen Ohrs
In diesem Video der Ecole Science wird der gesamte menschliche Hörbereich (20Hz - 20.000Hz) mittels eines Tonfrequenzgenerators abgeschritten. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkExkurs: Interaktive Bildschirmexperimente (IBE) zur Klanganalyse
In diesem Exkurs der Sammlung an interaktiven Experimenten zum Thema mechanische Schwingungen, geht es um Klanganalyse. Neben einer Erläuterung der Grundlagen der Klanganalyse könnt ihr die Resonanz an Klaviersaiten untersuchen, unterschiedliche Methoden der Richtungslokalisierung im menschlichen Ohr untersuchen und das Phänomen der Residualtöne beleuchten.
Zwischen den Experimenten könnt ihr mit den Pfeiltasten unten rechts und links auf der Seite navigieren. Diese Experimente stammen von der AG Didaktik der Physik der Universität Berlin.
In diesem Exkurs der Sammlung an interaktiven Experimenten zum Thema mechanische Schwingungen, geht es um Klanganalyse. Neben einer Erläuterung der Grundlagen der Klanganalyse könnt ihr die Resonanz an Klaviersaiten untersuchen, unterschiedliche Methoden der Richtungslokalisierung im menschlichen Ohr untersuchen und das Phänomen der Residualtöne beleuchten.
Zwischen den Experimenten könnt ihr mit den Pfeiltasten unten rechts und links auf der Seite navigieren. Diese Experimente stammen von der AG Didaktik der Physik der Universität Berlin.
Video zur Resonanz eines Weinglases
Dieses Video zeigt ein Experiment zur Resonanz eines mit Wasser gefüllten Weinglases. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo über die Schallkurven verschiedener Stimmgabeln am Oszilloskop
Dieses Video zeigt ein Experiment, in dem die Schallkurven verschiedener Stimmgabeln an einem Oszilloskop dargestellt werden. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zum Zusammenhang zwischen Frequenz und Tonhöhe
Dieses Video zeigt ein Experiment um den Zusammenhang zwischen Frequenz und Tonhöhe zu ermitteln. Dafür wird ein Ton mit einem Frequenzgenerator erzeugt und mit einem Oszilloskop analysiert. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zum Zusammenhang zwischen Amplitude und Lautstärke
Dieses Video zeigt ein Experiment um den Zusammenhang zwischen Amplitude und Lautstärke zu ermitteln. Dafür wird ein Ton mit einem Frequenzgenerator erzeugt und mit einem Oszilloskop analysiert. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Resonanz zweier Stimmgabeln
Dieses Video zeigt das Phänomen der Resonanz am Beispiel zweier gleich gestimmter Stimmgabeln. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkMessung der Schallgeschwindigkeit in Luft (Simulation von Andrew Duffy)
- Die Simulation ermöglicht die Messung der Schallgeschwindigkeit mit Hilfe von Stehenden Wellen in einem mit Wasser gefülltem Standzylinder
- Die Simulation ermöglicht die Messung der Schallgeschwindigkeit mit Hilfe von Stehenden Wellen in einem mit Wasser gefülltem Standzylinder
Lärmorama
Lärmorama ist eine interaktive, modular aufgebaute Plattform rund ums Thema Lärm. Lass dich dort mit Informationen und vor allem vielen Hörbeispielen, Bildern, Berechnungswerkzeugen und Spielen in die Welt des Lärms entführen.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkAkustik-Gehör-Psychoakustik
Eine gute, von eingängigen Beispielen gestützte, Einführung von Martina Kremer in das oft vernachlässigte Thema Akustik.
Zur Übersicht Zum externen WeblinkEine gute, von eingängigen Beispielen gestützte, Einführung von Martina Kremer in das oft vernachlässigte Thema Akustik.
Zur Übersicht Zum externen WeblinkSchwebung
- Schwebungen entstehen, wenn zwei Töne leicht verschiedenen Frequenzen besitzen.
- Die Schwebungsfrequenz berechnest du mit \({f_{{\rm{Schwebung}}}} = \left| {{f_1} - {f_2}} \right|\)
- Schwebungen entstehen, wenn zwei Töne leicht verschiedenen Frequenzen besitzen.
- Die Schwebungsfrequenz berechnest du mit \({f_{{\rm{Schwebung}}}} = \left| {{f_1} - {f_2}} \right|\)