Willkommen bei Elektronik 1. Ave, homo stultissimus

Transkript

1 Willkommen bei Elektronik 1 Ave, homo stultissimus

2 Physikalische Grundlagen Die gesamte Elektrotechnik basiert auf einer einzigen Eigenschaft: Ladung, Q + erhalten quantisiert Ladungserhaltung: Paarerzeugung

3 Physikalische Grundlagen Die Ladung Q ist quantisiert: Das Millikan Experiment Quelle: Uni Rostock

4 Physikalische Grundlagen Die Coulombkraft Gegensätze ziehen sich an!

5 Physikalische Grundlagen Das Elektrische Feld Q1 verändert den Raum, so dass Q2 eine Kraft erfährt

6 Physikalische Grundlagen Das Elektrische Feld Q1 verändert den Raum, so dass Q2 eine Kraft erfährt

7 Physikalische Grundlagen Das Elektrische Feld

8 Fragen zum elektrischen Feld 1. Um welchen Faktor vergrößert sich die abstoßende Kraft zwischen zwei sehr kleinen geladenen Kugeln, wenn bei beiden die Ladung verdreifacht wird. Durch welche Abstands-veränderung wird die Kraft auf den ursprünglichen Wert reduziert? 2. Elektrische Äquipotenziallinien schneiden elektrische Feldlinien in einem Winkel von 90 Grad. Stimmt das? 3. Welches Kraftgesetz verbirgt sich hinter dem Gaußschen Satz für die elektrische Ladung? 4. Bitte skizzieren Sie das elektrische Feld, welches durch eine große positive und eine viel kleinere negative Ladung erzeugt wird. hä?

9 Physikalische Grundlagen Das Magnetfeld einer langen Spule

10 Physikalische Grundlagen Das Magnetfeld: Hall-Sonde Quelle: AREPOC s.r.o.

11 Physikalische Grundlagen Das Magnetfeld: Polarlichter Quelle: Skywallpaper.com Schöne Erklärung:

12 Passive Bauelemente Tantal Elektrolytkondensator

13 Passive Bauelemente Doppelschichtkondensatoren C = 1 kf

14 Chemische Bindungsarten (Quelle: Prüfungstrainer)

15 Photonen E Photon=h f f h p Photon=h = c n Photonen P Sender 20W 25 1 = =1,5 10 s 34 s h f 2 GHz 6,6 10 Js

16 Photonen Harte Gammastrahlung Nebelkammeraufnahme: Paarerzeugung n Photonen 1 Je kleiner die Wellenlänge, desto energiereicher und einsamer die Photonen!

17 Materiewellen f h p massives Teilchen=h = v De-Broglie-Gleichung Beugungsmuster von Elektronen an einer Metallschicht (Quelle: Uni Hamburg) Materie verhält sich bei Distanzen nahe λ wie eine Welle Welle = Lösung der Schrödingergleichung

18 Photonen-Emission von Atomen (Quelle:Uni Stuttgart)

19 Periodensystem der Elemente (Quelle:Wikipedia)

20 Kristallstruktur C, Si, Ge

21 Si-Bindung im Kristall: Gemeinsame Orbitale Welcher Bindungstyp ist das? (Quelle: Prüfungstrainer)

22 Elektronenenergie und Stromleitung bei Metallen (Quelle:Prüfungstrainer)

23 Elektron-Loch Paardichte (Quelle:

24 Beweglichkeit in Halbleitern

25 Energieverteilung (Quelle:Experimentalphysik Uni Ulm, Othmar Marti & Alfred Plettl)

26 Teilchendichten am PN Übergang (Quelle:Prüfungstrainer)

27 Diodendurchbruch und Dotierung (Quelle:Tille & Schmitt-Landsiedel: Halbleiterbauelemente und deren Anwendung..

28 Tunneleffekt Klassisch: Ort eindeutig Quantenphysik: An jedem Ort endliche Aufenthaltswahrscheinlichkeit Keine Rückkehr bei Energieverlust

29 Transistoren: Stromverstärkung Pling, plong,... VROOOOOOOM

30 Transistoren: Ladungsträgerbilanz (Quelle:Prüfungstrainer)

31 Transistoren: Kennlinienfeld (Quelle:Wikipedia)

32 7400 TTL NAND Gatter (Quelle: Wikipedia)

33 7400 TTL NAND Gatter I C T 2 V C T 2 =V CC R2 2,1 (>1,4) (>0,7) 1,4 0,7 B I B T 2 V C T 2 =V CC R2 V C T 2 V CC B 0 1,6 4k Mittlerer Transistor in Sättigung oberer Ausgangstransistor gesperrt.

34 7400 TTL NAND Gatter 0,7 5 4, ,6 Bei kapazitiven Lasten 3,6 5 Mittlerer Transistor gesperrt unterer Ausgangstransistor gesperrt.

35 Transistortypen z.b.: Material B C 237 A B D Y93 Funktion Material: A Germanium B Silizium C GaAs oder InP R Photoleitermaterial Funktion: C NF-Transistor D NF-Leistungs-Transistor F HF-Transistor L HF-Leistungs-Transistor S Schaltransistor U Leistungsschalttransistor Kennzeichen Stromverst. Kennzeichen: 3 Ziffern bei Konsumertypen 1 Buchstabe + 2 Ziffern bei Industrietypen Stromverstärkungsgruppe: A kleine Stromverstärkung B mittlere Stromverstärkung C hohe Stromverstärkung

36 Intel CPU mit 2 Milliarden MOS Transistoren (Quelle:

37 MOS Kennlinien (Quelle:

38 MOS Kanalabschnürung (Quelle: Prüfungstrainer)

39 3D MOS Transistoren (Intel 2011) (Quelle: Prüfungstrainer)