Halbleiter. Silizium Halbleiterkristall
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- Axel Kohler
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1 Halbleier Halbleier sind Soffe, deren elekrische Leifähigkei geringer als von Leiern und größer als von Nichleiern is. Halbleier wie lizium und Germanium verfügen über eine Krisallsrukur. Die Krisallsrukur wird mi hoher Reinhei hergesell. Auf ca Aome komm ein Fremdaom. Die Eigenleifähigkei von basier auf: Verunreinigung Aufbrechen von Krisallbindungen Oberflächen-Leifähigkei Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 1 lizium Halbleierkrisall Valenzelekronen Fremdaomeinbau: Donaor P 5 Valenzelekronen Akzepor Al 3 Valenzelekronen Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 2 1
2 p lizium Akzeporaom verursach ein offene indung (Loch). Je höher die Doierung, deso mehr Löcher. p-lizium is elekrisch nich geladen. Löcher wandern zum negaiven Pol. Al E Löcher Elekronen offene indung ein Elekron fehl. F Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 3 n-lizium Donaoraom verursach ein freies Elekron. Je höher die Doierung, deso mehr freie Elekronen. n-lizium is elekrisch nich geladen. Es fließ ein Elekronensrom wie in Meallen. P E F Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 4 2
3 pn Übergang E p - + n - + Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 5 pn-übergang in Sperrichung F F p - + E n E Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 6 3
4 pn-übergang in Durchlaßrichung F p - + E n E Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 7 Diodenkennlinie F R 0,7 V F R Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 8 4
5 Kennlinie einer -Diode R > rmax Durchbruch R F R 0,7 V F F F Schwellspannung 0,7V Durchlaßwidersand R F 2-50Ω Sperrwidersand R R MΩ Sperrspannung rmax <3kV Gleichsromwidersand am AP R F differenieller Widersand (an jedem Punk anders) F F rf F F Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 9 Aufbau unerschiedlicher Dioden Flächendiode Planardiode Spizendiode Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 10 5
6 Einweggleichrichung D ~ + - R D R Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 11 Zweiweggleichrichung ~ D D + D R - R Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 12 6
7 Gleichspannungsgläung D τ R + ~ R - D R 0,7 V R Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 13 Zehnerdiode F Z Zmin 5mA F Z rz Z ca Ω Arbeisbereich Zmax Z Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 14 7
8 Spannungssabilisierung + - R V V Z L R L Zmax Lmin Zmax V + Z Z + L Z RV + Z L R L min Z Z max Lmax Zmin Z max R V Z Z RV + Z min L max R L max Z Z min Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 15 Transisoren Transisor Transfer Resisor ipolare Transisoren npn-transisor pnp-transisor nipolare Transisoren J-FET MOS-FET Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 16 8
9 - + E + ipolare Transisoren Kollekor n Sperrrichung p asis n Flußrichung - Emier ei ipolaren Transisoren befinde sich ein pn-übergang in Sperrichung und der andere in Flußrichung. Die pn-übergänge werden bipolar genuz. Es exisieren npn- und pnp-transisoren. Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 17 pnp-übergang p Kollekor n asis p Emier Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 18 9
10 pnp-transisor Sröme und Spannungen (+) (-) E (--) + E + E Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 19 npn-übergang n Kollekor p asis n Emier Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 20 10
11 npn-transisor Sröme und Spannungen (++) (+) E (-) + E + E Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 21 Arbeisweise eines npn-transisors n Elekronenflußrichung n + E F - p E 10V 0,7V - + E E F E n 1% 99% Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 22 11
12 Grundschalungen Emierschalung asisschalung Kollekorschalung Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 23 Eingangskennlinienfeld 1 < 2 E E Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 24 12
13 Eingangskennlinienfeld Differenieller Transisoreingangswidersand r E E E E Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 25 Ausgangskennlinienfeld in ma 2 in µa 2 >1 E 1 in V Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 26 13
14 Ausgangskennlinienfeld Differenieller Ausgangswidersand r Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 27 Rückwirkungskennlinienfeld E 2 in µa 2 >1 E 1 in V Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 28 14
15 Rückwirkungskennlinienfeld E E Differenieller Rückwirkungsfakor D E Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 29 Sromseuerungskennlinienfeld 2 in V in ma 1 < 2 1 E in µa Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 30 15
16 Sromseuerungskennlinienfeld A Gleichsromversärkung Differenielle Gleichsromversärkung β Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 31 Transisorkennlinienfeld Sromseuerungskennlinienfeld Ausgangskennlinienfeld Eingangskennlinienfeld Rückwirkungskennlinienfeld E Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 32 16
17 Transisorverlusleisung Verlushyperbel P o n Pfeilrichung wird die zulässige Verlusleisung überschrien P o max P o max Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 33 Transisor als Schaler r max R R R R R R r r -Transisor leie R-Transisor leie -Transisor sperr R-Transisor sperr Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 34 17
18 Transisor als Versärker Spannungsversärkung uˆ Vu uˆ E Sromversärkung V iˆ Vi iˆ p u Leisungsversärkung V V i -Spannung über dem Transisor E Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 35 Arbeispunkfeslegung R V R R R V E R max E E + Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 36 18
19 Arbeispunkfeslegung R1 + E q R 1 + q R R R 2 E q 2 q E R2 q E + R max Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 37 Transisorversärker + Versorgungsspannung R 1 R A - Ausgangsspannung u E u + uˆ sin( ω ) + uˆ sin( ω ) E E - Eingangsspannung u V uˆ sin( ω ) u E R 2 E A u A V uˆ sin( ω ) u 0V - ezugspoenial Liers - PEG-Vorlesung WS2000/ nsiu für nformaik - F erlin 38 19
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