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Elektronik > 1. SA > Flashcards

1. SA Flashcards

1
Q

Was versteht man unter dem Begriff Rekombination?

A

Wenn im Bereich der Sperrschicht sich negative (Elektron) und positiv (Löcher) Ladungsträger neutralisieren, wird das Rekombination genannt. Strom kann nun fließen.

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2
Q

Welche Ladungsträger gibt es in einer PN-Diode?

A

Im positiv dotiertem Bereich gibt es die Löcher und im negativ dotiertem Bereich die Elektronen.

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3
Q

Was sind Minoritätsladungsträger?

A

Dabei handelt es sich um die Ladungsträger die jeweils in die anders wertig dotierte Schicht treten. Löcher N-dotierte Schicht und Elektronen in die P-dotierte Schicht

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4
Q

Erkläre die Begriffe Anode und Kathode.

A

Anode ist der Anschluss der P-dotierten Halbleiterzone und Kathode der der N-dotierten

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5
Q

Erkläre den Zusammenhang zwischen Flussspannung und Flussstrom.

A

Ab einem im Datenblatt angegebenen Flussstrom liegt an der Diode die Flussspannung von meist 0,6-07V an.
Je größer der Flussstrom desto größer auch die Flussspannung.

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6
Q

Erkläre den Zusammenhang zwischen Sperrspannung und Sperrstrom

A

Bei umgekehrter Polarität sperrt die Diode. D.h. trotz hoher Spannung ist die fließende Strom sehr klein.

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7
Q

Welchem Einfluss unterliegt der Sperrstrom einer PN-Diode?

A

Der in Sperrrichtung fließende Strom ist stark temperaturabhängig. meist im pA-microA Bereich

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8
Q

Nenne realistische Größenordnungen für Sperrstrom und Flussspannung bei PN-Dioden.

A

Flussspannung 0,6V-0,7V bei Silizumdioden und 0,2V - 0,4V bei Germaniumdioden.
Sperrstrom kann je nach Temperatur und Diodenspezifikation pA bis mA erreichen.

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9
Q

Was ist der differentielle Widerstand einer Diode?

A

Eine Tangente mit Steigungsdreieck als Annäherungsversuch (Linearisierungsversuch) an die non-lineare (logarithmische) Kennlinie der Flussspannung einer Diode.
So kann die Kennliniensteilheit an einem Betriebspunkt bestimmt werden.

r = ∆U / ∆I

differentieller Widerstand = Spannungsdifferenz / Stromdifferenz

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10
Q

Wie entsteht die Sperrschichtkapazität?

A

Diode in Sperrrichtung Betrieben, gibt es zwei Zonen mit Landungsträger und dazwischen eine ladungsträgerfrei-Zone. Das ähnelt den Kondensatoraufbau mit seinen zwei Platten und einen Isolator dazwischen(nicht leitende Schicht).

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11
Q

In welchen Bereich ist die max. Betriebstemperatur von Silizium-Dioden?

A

max. 150-200 Celcius

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12
Q

In welchen Bereich ist die max. Betriebstemp einer Germanium Diode?

A

max. 70-90 Celcius

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13
Q

Erkläre den Begriff Zener-Effekt.

A

Zenerdioden sind hoch dotiert und beginnen dadurch schon bei kleinen Spg. zu leiten. Das wird erreicht durch Ladungsträger die die Sperrschicht durchtunneln. 2-5,5V

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14
Q

Erkläre den Begriff Lawinen-Effekt.

A

Der Lawinen-Effekt tritt ausschließlich bei Spg. über 6V auf.
Durch hohe Feldstärke werden Elektronen von der äußersten Schicht freigesetzt, es kommt durch Stoßionisation der Ladungsträger zu einer Kettenreaktion und die Diode in Sperrrichtung wird leitend.

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15
Q

Erkläre die Temperaturabhängigkeiten von Z-Dioden.

A

Zener Effekt = negativer Temperaturkoeffizient : steigende Temp. = fallende Durchbruchspannung

Lawinen-Effekt = positiver Temperaturkoeffizient : steigende Temp. = steigende Durchbruchspannung

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16
Q

Welches Besondere Merkmal von Z-Dioden im Bezug auf der Temperaturabhängigkeiten kann ausgenutzt werden?

A

Zwischen 5-6V gleichen sich die Temp. Abhängigkeiten von Z-Dioden aus, daher ist dieser Bereich besonders Temperaturunabhängig.

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17
Q

Was ist im Bezug auf Z-Dioden wichtig über deren differentiellen Widerstand zu wissen.

A

Zwischen 6 und 8 Volt ist der differentielle Widerstand besonders klein, daher zeigt die Diode in diesem Bereich ein gutes Stabilisierungsverhalten.

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18
Q

Welche Werte müssen bei der Wahl einer Z-Diode aus dem Datenblatt beachtet werden.

A
  • differentieller R
  • maximaler Sperrstrom
  • optimaler Sperrstrom
  • Ptot
  • Temperaturabhängigkeit
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19
Q

Welche 5 charakteristische Größen gibt es bei der Wechselspannung?

A
  • Periodendauer / Frequenz
  • Ueff= Effektivwert der Spannung (230V in deutschem Netz)
  • Scheitelwert = udach =Spitzenwert der Spannung
  • uss = Spitze-Spitze-Wert
  • Augenblickswert Spannung
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20
Q

Wie kann der Augenblickswert einer Sinusförmigen Wechselspannung berechnet werden?

A

u = udach x sin(360grad/T)

Augeblickswert = Spitzenspannung x sin(360grad o. 2Pi / Periodendauer)

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21
Q

Wie kann der Effektivwert von Wechselstrom definiert werden?

A

Wechselstrom von 1 A (Effektivwert) bewirkt dieselbe Wärmeleistung in einem Widerstand wie ein Gleichstrom von 1 A.

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22
Q

Was ist eine Suppressordiode?

A

Eine Diode die in der Funktionsweise zwei anti-seriell geschaltenen Z-Dioden ähnelt. Besonderheit ist die große Impulsenergie die die Diode aushalten kann. 1ms - P bis 5kW

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23
Q

Erkläre die Funktionsweise einer Kapazitätsdiode?

A

Im Sperrbetrieb kann mittels der angelegten Spannung die Kapazität verändert werden. Die P u. N dotierten Ladungsträger der werden angezogen, wodurch sich die Sperrschicht verbreitert.

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24
Q

In welchem Zusammenhang steht die angelegt Spannung zur Kapazität bei einer Kapazitätsdiode?

A

höhere Spannung - größerer Plattenabstand - kleiner e Kapazität

25
Q

Nennen sie einen Anwendungszweck einer Kapazitätsdiode.

A

Die Kapazitätsdiode wird in der Fernmeldetechnik verwendet um die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises einstellbar zu machen. Sie dient dort als Ersatz zum Drehkondensator.

26
Q

Wie unterscheidet sich der Aufbau einer PIN-Diode von einer Regulären PN-Diode?

A

Zwischen der P und N dotierten Zone wird eine undotierte (in der Realität) sehr schwach dotierte Zone eingefügt. Diese zusätzlich Zone verringert die Feldstärke bei hohen Sperrspannungen.

27
Q

Welches besondere Merkmal haben PIN-Dioden.

A

Aufgrund ihrer intrinsischen Schicht können Sperrspannungen von mehreren Kilovolt realisiert werden.

28
Q

Welchen Nachteil haben PIN-Dioden?

A

Aufgrund der undotierten Mittelschicht, dauert das Überfluten der Ladungsträger deutlich länger. Rekombination - Stromfluss - gegebenenfalls Schalten - in Flussbetrieb dauert also deutlich länger.

29
Q

Einsatzbereich von PIN-Dioden?

A

Hochspannungsdiode

Hochfrequenzwiderstand

30
Q

Welche Vorteile besitzen Schottky-Dioden?

A
  • niedrige Flussspannung

- da keine Minoritätsladungsträger → kein Ladungsträgeraustausch → sehr geringe Sperrzeiten

31
Q

In welchem Bereich befindet sich die Sperrspannung von Schottky-Dioden die derzeit technologisch Sinnvoll einsetzbar sind?

A

ca. 100V

32
Q

An welcher Zusammensetzung kann gedreht werden um die Kenngrößen einer Schottky-Diode zu dimensionieren?

A

Wahl des Metalls der Kontakte

Intensität der Dotierung des Halbleiters

33
Q

Zwischen welchen Kenngrößen muss bei der Herstellung der Schottky-Diode ein Kompromiss gefunden werden? Erläutere die Zusammenhänge.

A

Sperrspannung, Sperrstrom, Flussspannung

↓Flussspannung → ↓Sperrspannung ; daher Energieeffizienz allerdings auch nur für kleine Sperrspannungen zulässlich

↓Flusspannung → ↑Sperrstrom ; der Sperrstrom bei Schottkydioden steigt stark an

34
Q

Erläutere den Aufbau einer Schottky-Diode.

A

Die Schottky-Diode besitzt keinen PN-Übergang und allgemein keine P-dotierte Schicht.

Stattdessen setzt sie sich aus zwei unterschiedlich dotierten N-Schichten und Metallkontakten.

zwischen der schwächer dotierten N-Schicht und dem Metallkontakt bildet sich eine Sperrschicht. Dieser Kontakt ist auch die Anode

35
Q

Was ist im Bezug auf den Einweggleichrichter bei der Gleichgerichteten Spg. besonders?

A

Nur die positive Halbwelle der Wechselspannung wird zur Last durchgelassen. Daher:

  • große Lücken in der gleichgerichteten Spg.
  • großer Wechselspannungsanteil → hohe Welligkeit, Brummspannung
36
Q

Wie kann der Effektivwert einer sinusförmigen Wellenform definiert werden?

A

Der Effektivwert ergibt die gleiche Heizwirkung wie bei einer äquivalenten Gleichstromversorgung

37
Q

Welche Spannung kommt aus der Steckdose?

A

230V AC; dieser Wert ist allerdings Effektivwert oder RMS-Wert

Upeak=325V

38
Q

Welche Verbesserung werden im Bezug auf die Gleichrichtung durch die zweite Diode der M2 erzielt?

A

Durch die zweite Diode setzt sich die gleichgerichtete Spannung aus zwei Wechselspannungen mit inverser Phasenlage zusammen.

Dadurch verringert sich das Verhältnis des Wechselspannungsanteil und Mittelwert der Gleichspannung → unerwünschte Welligkeit nimmt ab

39
Q

Vor- und Nachteile des M2-Gleichrichters?

A

Vorteile:
- durch Verlust von nur einer Diodenspannung →höherer Wirkungsgrad
Nachteile:
- Netztrafo wird wegen des Mittelpunktabgriffs der sekundären Wicklung immer benötigt, selbst wenn auf eine galvanische Trennung verzichtet werden könnte.
- Höherer Wickelraum →Wurzel 2-facher Wickelraum aufgrund der höheren Ströme (mehr Strom höherer Leiterquerschnitt notwendig)

40
Q

Welchen Stromflusswinkel hat die M2-Gleichrichter Schaltung?

A

180 Grad

41
Q

Berechnung der mittleren Gleichspannung bei M2-Gleichrichtern?

A

Udi = Us * 0,9

mittlere Gleichspannung = einfache Sekundärspannung * 0,9

42
Q

Was muss bei den Dioden eines M2-Gleichrichters in Bezug auf ihre Sperrspannung beachtet werden?

A

Durch den Mittelabgriff an der Sekundärseite des Trafos ist das Spannungspotential über eine Diode deutlich höher, weil an der Anode, die minus Halbwelle der Wechselspannung und an der Kathode die plus Halbwelle anliegt.
Daraus ergibt sich folgende Formel:

uD = 2 * 1,41 *US

uD= Sperrspannung, US = einfache Sekundärspannung des Transformators

43
Q

Welche Problematik entsteht durch die Glättung einer Gleichrichterschaltung mit Kondensator?

A

Impendanzen von Kondensator und Transformator sind sehr klein (Ideal = 0R), wodurch der Ladestrom des Kondensators kaum begrenzt wird(Bei idealen C und L wäre er sogar unendlich). Das führt zu einer hohen Belastung des Netzes.

44
Q

Welche Vorteile und Nachteile hat der B2-Brückengleichrichter?

A

Geringerer Wirkungsgrad, da 2 Dioden

Gegebenenfalls kein Netztrafo nötig

45
Q

Wie hoch sind die Stromflusswinkel der verschiedenen Gleichrichter Schaltungen?

A
  • Einweggleichrichter → 180 Grad
  • Mittelpunktschaltung M2 mit R-Last → 180 Grad
  • Mittelpunktschaltung M2 mit RC-Last → 60 Grad
  • Brückengleichrichter B2 mit RC-Last →60 Grad
  • Sechspulsiger Brückengleichrichter B6 →120 Grad
46
Q

Woher hat die Zweipuls-Verdopplerschaltung ihren Namen?

A

Von den zwei auftretenden Spannungspulsen, während einer Periode

47
Q

Welche Vor- und Nachteile hat eine Zweipuls-Verdopplerschaltung?

A

+ Durch die zwei Pulse pro Periode erhöht sich die Brummfrequenz des gleichgerichteten Signals. Folglich verbessert sich das Glättungsverhältnis des Ausgangssignals.
- Das Ausgangsignal hat keinen Massebezug, also keinen Bezug zur Eingangsspannung. Das kann die Anwendung der Schaltung verhindern.

48
Q

Welche Vor- und Nachteile hat eine Einpuls-Verdopplerschaltung?

A

+ Das Ausgangssignal hat einen Massebezug
- Die Brummfrequenz entspricht der Eingangsfrequenz →Ausgangssignalglättung ist aufwendiger (es wird ein größerer C benötigt)

49
Q

Was ist bei der Realisierung von Ladungspumpen im Bezug auf ihre Frequenz zu beachten?

A

Die Eingangsspannung sollte sehr hochfrequent sein

→ dadurch werden nur kleine Kondensatoren benötigt
→ diese benötigen wiederum nur einen kleinen Ladestrom
→ Technisch sinnvolle Ladeströme ungefähr 10 mA

50
Q

Wie kann durch eine Ladungspumpe (Rechtecksignal), bei nur einer Kaskadierung eine Spannungserhöhung erreicht werden?

A

Statt des Massepotentials, die gewünschte Spannungserhöhung (-Us) anlegen

51
Q

Welchen Nutzen haben Ladungspumpen im Allgemeinen?

A

Das Herstellen einer zusätzlichen Versorgungsgleichspannung mit geringer Belastbarkeit

52
Q

Was sind Ladungspumpen?

A

Einpulsverdoppler- oder Kaskadenschaltungen, die mit Rechteckspannungen gespeist werden.

53
Q

Wodurch unterscheidet sich die Auswahl der z-Diode bei Spannungstabilisierung- im Vergleich zur Spannungsbegrezungsschlatung?

A

Begrenzung → der Nennwert der Sperrspannung muss so gewählt werden, dass nicht nur der nominale Wert sondern auch der max. Wert noch unter der Spannung auf die begrenzt werden soll liegt

54
Q

Wie wird die Überspannungsbegrenzung mit Hilfe einer z-Diode dimensioniert?

A
  • Zenerdiode deren max. Sperrspannung unterhalb der zu begrenzenden Spannung bleibt auswählen (UA; Spannung an Verbraucher)
  • Bei der Auswahl der Diode auch darauf achten, dass der Leckstrom gering ist (maximum reverse current Ir)
  • Rv = Ufehlermax/Izt (oft 5mA)
  • Da Verbraucher hochohmig → Iz = Ie = Irv = Uemax -Uz - (Ufl; nur bei antiseriell geschalteten Dioden)/Rv
  • Um sicherzustellen das der Widerstand nicht überlastet wird, dessen Leistung berechnen →
    Pvr = Urv x Ir
55
Q

Nenne wichtige Eigenschaften für Silizium als Halbleitermaterial.

A
  • 14 Elektronen
  • 4 Valenzelektronen
  • muss über extrem hohe Reinheit verfügen
  • jedes Elektron umkreist den eigenen und einen benachbarten Atomrumpf
  • jede Bindung besteht daher aus 2 Elektronen → Elektronenpaarbindung
56
Q

Wodurch entsteht Leitfähigkeit in Siliziumstoffen?

A
  • Verunreinigung (z.B. Dotierung)
  • Wärmeschwingung der Atome → Elektronen werden frei → Löcher werden frei (folglich Elektronenstrom und Löcherstrom
  • Oberflächenleitfähigkeit
57
Q

Was passiert bei der Dotierung eines Siliziumkristalls mit einem fünf-bindigem Material?

A

Die Verunreinigung erzeugt überschüssig Elektronen/negative Ladungsträger. Das Material ist also negativ dotiert.

58
Q

Was passiert bei der Dotierung eines Siliziumskristalls mit einem drei-bindigem Material?

A

Elektronenmangel → Löcher/positiver Ladungsträgerüberschuss

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