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Auf dieser Website finden Sie die Lösungen zu Aufgaben aus dem Lehrbuch. Außerdem können Sie hier im Laufe der Zeit Informationen, Bilder oder Videos zu den einzelnen Kapiteln finden.

Lösungen

Lösung 4.1

a)

b)

c)

Lösung 4.2

Lösung 4.3

Lösung 4.4

Lösung 4.5

n-leitende Halbleitermaterialien sind mit Fremdstoffen höherer Wertigkeit dotiert. p-leitende Halbleitermaterialien dagegen mit Fremdstoffen geringerer Wertigkeit.

Lösung 4.6

An der Grenze der beiden Gebiete kommt es aufgrund der unterschiedlichen Ladungen zur Ladungsträgerwanderung. Dabei dringen Elektronen in das p-Gebiet und Defektelektronen (Löcher) in das n-Gebiet ein und es kommt dort zur Rekombi­nation von Ladungsträgern, Elektronen besetzen die Löcher.

In der Grenzschicht sind dann praktisch keine frei beweglichen Ladungsträger mehr vorhanden. Durch das Abwandern der Ladungen ist das Ladungsgleichgewicht zwischen den beiden dotierten Gebieten gestört. Im n-Gebiet überwiegen jetzt die positiven Ladungen, im p-Gebiet die negativen Ladungen. Dadurch bildet sich am pn-Übergang eine elektrische Spannung aus. Die Spannung wiederum erzeugt ein elektrisches Feld, das einem weiteren Wandern von Ladungsträgern entgegenwirkt. Der pn-Über­gang entspricht somit einer stabilen Sperrschicht.

Lösung 4.7

Beim Anlegen einer Spannung in Sperrrichtung wird die Raumladungszone verbreitert und die Elektronen und Löcher zu den jeweiligen Anschlüssen abgezogen. Die Diode sollte nicht mehr leiten. In der Praxis kann man aber weiterhin einen geringen Stromfluss, den sogenannten Leck- oder Sperrstrom messen.

Dieser Leckstrom hat seine Ursache in der Diffusion von Ladungsträgern durch die Raumladungszone in den entgegengesetzt dotierten Bereich. Hier werden die Ladungsträger dann aufgrund der angelegten Spannung abgeführt. Die p-Zone ist dabei der Elektronenspender und die n-Zone Löcherlieferant. Diese Minoritätsladungsträger können die Sperrschicht ungehindert passieren und sind die Ursache des Sperrstroms

Lösung 4.8

Bipolare Transistoren sind Halbleiterbauelemente mit drei abwechselnd dotierten Schichten und damit zwei aneinander grenzenden pn-Übergängen.

Wird die Steuer-Spannung UBE angelegt, so wird die „Basis-Emitter-Diode“ in Durchlassrichtung gepolt. Vom Emitter aus dringen Elektronen in die nur sehr schwach dotierte sehr dünne (wenige μm dicke) Basisschicht ein. Die Basis wird so mit Elektronen überschwemmt. Die Zahl der vorhandenen Defektelektronen (Löcher) reicht nicht aus, um mit den in die Basis eingedrungenen Elektronen zu rekombinieren. Es fließt ein schwacher Basisstrom. Da im Basisgebiet keine Kräfte auf die Elektronen wirken, bewegt sich der Großteil der Ladungsträger geradlinig und gleichförmig durch die Basis hindurch bis in die Basis-Kollektor-Grenzschicht. Hier werden sie unter dem Einfluss des starken elekt­rischen Feldes, das sich aufgrund der großen Spannung zwischen Basis und Kollektor ausbildet, beschleunigt und gelangen somit in das Kollektorgebiet. Von hier fließen die Elektronen weiter zum positiven Pol der Spannungsquelle UCE.

Lösung 4.9

Basis und Kollektor positiv, Emitter negativ.

Lösung 4.10

BD 135: NPN-Silizium Transistor
BSY 18: NPN-Silizium Transistor

Lösung 4.11

Beim JFET handelt es sich um einen Sperrschicht-Feldeffekttransistor. Ein n-Kanal-Sperrschicht-FET besteht aus einem n-dotierten Bereich (Kanal), welcher von einer p-Zone (Sperrschicht) umschlossen wird. An der n-Schicht sind die Anschlüsse Drain und Source angebracht.

Beim IGFET handelt es sich um einen Isolierschicht-Feldeffekttransistor. In ein p-dotiertes Substrat werden zwei Wannen n-dotiert und mit metallischen Elektroden (Drain und Source) kontak­tiert. Die Gate-Elektrode ist die Steuer­elektrode des Transistors und wird durch eine dünne Oxidschicht vom Halbleiter­substrat isoliert.

Lösung 4.12

  • DRAM: Dynamic Random Access Memory, Speicherbaustein mit wahlfreiem Zugriff
  • SRAM: Static random-access memory, statisches RAM
  • ROM: Read only memory, Nur-Lese-Speicher
  • PROM: Programmable Read Only Memory (PROM), programmierbarer Nur-Lese-Speicher
  • EPROM: erasable programmable read-only memory, Löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher
  • EEPROM: electrically erasable programmable read-only memory, elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher
  • EAROM: Electrically Alterable Read Only Memory; Nur-Lese-Speicher, der elektrisch veränderbar ist
  • EEROM: Electrically Erasable Read-Only Memory, elektrisch löschbarer Nur-Lese-Speicher

Lösung 4.13

Operationsverstärker haben:

  • einen großen Spannungsverstärkungs­faktor,
  • einen hohen Eingangswiderstand und
  • einen kleinen Ausgangswiderstand.

Lösung 4.14

Solarzellen sind sie ähnlich wie eine Diode aufgebaut. Fällt Licht auf den pn-Übergang einer Solarzelle, so werden in der Sperrschicht (Raumladungszone) durch den „Aufschlag“ der Photonen des Lichts Elektronen und Löcher erzeugt. Durch das elektrische Feld des pn-Übergangs werden die Elektronen zum negativen und die Löcher zum positiven Teil gezogen und damit getrennt. Diese Ladungsverschiebung führt zu der am Ausgang messbaren Spannung.