Skriptum zur Vorlesung Elektronik 1

Transkript

1 Skriptum zur Vorlesung Elektronik 1 Inhalte Modul 1 (Januar März) Dr.-Ing. Jens Timmermann Ausgabe: Januar 2012, Version 2.0 Elektronik 1; Dr. Ing. Jens Timmermann - 1

2 Vorbemerkungen Dieses Skript richtet sich an die Hörer der Vorlesung Elektronik 1 der DHBW Ravensburg, Campus Friedrichshafen. Es ist nicht gestattet, dieses Skript außerhalb der Dualen Hochschule zu verbreiten, zu veröffentlichen oder ins Internet zu stellen. Kontaktdaten: Dr.-Ing. Jens Timmermann jens.timmermann@astrium.eads.net Elektronik 1; Dr. Ing. Jens Timmermann - 2

3 1 Inhalt 1. Phänomenologische Beschreibung von Halbleitern Kristallstruktur Atombindung und Aufbau des Si-Halbleiterkristalls: Einfluss von Fremdatomen im Kristall Eigenleitung und Photoeffekt n-dotierter Halbleiter (Elektronenleitung) p-dotierter Halbleiter (Löcherleitung) Physikalische Grundlagen von Halbleitern Besetzungswahrscheinlichkeiten und Fermi-Niveau im undotierten Halbleiter Besetzungswahrscheinlichkeiten und Fermi-Niveau im dotierten Halbleiter Ladungsträgerkonzentration im undotierten Halbleiter Ladungsträgerkonzentration im dotierten Halbleiter Stromfluss im dotierten Halbleiter Driftstromdichte Diffusionsstromdichte Gesamtstromdichte Thermodynamisches Gleichgewicht: pn-übergang und Diode pn-übergang ohne äußere Spannung pn-übergang mit äußerer Spannung Betrieb in Sperr-Richtung Sperrschicht-Kapazität und Kapazitätsdiode Betrieb in Durchlass-Richtung und Herleitung der Charakteristik Elektronik 1; Dr. Ing. Jens Timmermann - 3

4 3.3. Ideale Diodenmodelle Modell 1: Shockley-Modell Statischer und differentieller Widerstand Reales Verhalten von Halbleiterelementen (Eigenschaften) Kennlinie für Silizium- und Germanium-Diode Durchbruch-Mechanismen Sperrschichtkapazität und Diffusionskapazität Temperaturabhängigkeit Temperaturabhängigkeit des Sperrstroms Temperaturabhängigkeit der Durchlaßspannung Leistungsdioden Datenblatt und Diodenbezeichnungen Diodenbezeichnungen Kodierung gemäß JEDEC Kodierung gemäß Pro Electron Typisches Datenblatt Schaltungsberechnung mit Dioden Numerische und graphische Lösung Dioden-Ersatzschaltbild im statischen Fall Gleichstrom-Ersatzschaltbild der Diode Gleichstrom-Kleinsignal-Ersatzschaltbild Schaltungsberechnung und Ersatzschaltbilder im dynamischen Fall Grundlagen der Schaltungsberechnung Einführung in die komplexe Wechselstromlehre Impedanzen für f=0 und f Netzwerkknoten und Netzwerkliste Elektronik 1; Dr. Ing. Jens Timmermann - 4

5 Elementarregeln zur Schaltungsberechnung Regel 1: Spannungsquelle Regel 2: Stromquelle Regel 3: Widerstand Regel 4: Induktivität Regel 5: Kapazität Regel 6: Diode Netzwerkregeln Regel 7: Knotenregel (1. Kirchhoff sches Gesetz) Regel 8: Maschenregel (2. Kirchhoff sches Gesetz) Weitere wichtige Regeln Regel 9: Serienschaltung von Impedanzen Regel 10: Parallelschaltung von Impedanzen Regel 11: Spannungsteiler-Regel Regel 12: Stromteiler-Regel Regeln zur Vereinfachung von Schaltungen Regel 13: Ändern der Reihenfolge in parallelgeschalteten Zweige Regel 14: Schaltungsteile parallel zu einer Spannungsquelle Regel 15: Schaltungsteile seriell zu einer Stromquelle Anwendungen von Dioden Gleichrichterschaltung Einweg-Gleichrichterschaltung in Grundform Einweg-Gleichrichterschaltung mit Ladekondensator Einweg-Gleichrichterschaltung mit Siebkette Zweiweg-Gleichrichterschaltung Schaltzwecke Elektronik 1; Dr. Ing. Jens Timmermann - 5

6 Schalter in der Digitaltechnik Spannungsvervielfachung Spannungsverdopplung durch Delon-Schaltung Schaltungsberechnung mit SPICE, PSPICE Integrierte Technik und Halbleiterprozesse Miniaturisierung von Schaltungen Integration von Schaltungen und Mikroelektronik Wafer und deren Herstellung Wafer-Sorten Prinzipielle Herstellung von Wafern Czochralski-Methode (Tiegelzieh-Verfahren) Zonenschmelz-Verfahren Halbleiter-Epitaxie Chemische Gasphasenepitaxie Atomlagen-Epitaxie Metallorganische Gasphasen-Epitaxie Thermischer Widerstand und Kühlung Wärmeabführung ohne Kühlkörper Wärmeabführung mit Kühlkörper Referenzen Stichwortverzeichnis Elektronik 1; Dr. Ing. Jens Timmermann - 6