Diode 07:28 min

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Transkript Diode

Hallo, ich bin Euer Physik-Siggi. Heute werde ich Euch erklären, was eine Diode ist und wie sie funktioniert. Dafür werdet Ihr zunächst verstehen, wie ein Halbleiter aufgebaut ist. Danach werdet Ihr die Funktionsweise der Diode verstehen und zum Schluss werde ich Euch noch ein paar Anwendungen von Dioden präsentieren. Ihr benötigt dafür ein Vorwissen von Leitern und Halbleitern. Den Film "Der Halbleiter", solltet Ihr also schon mal gesehen haben. Im Halbleiterkristall binden die Elektronen der äußeren Schale mit den Nachbaratomen. Ihr wisst auch, dass ein Halbleiter nur sehr schwer leitfähig ist. Nur wenige Elektronen, hier das Minus, können aus der Atombindung ausbrechen, sodass sie frei sind. Dabei entsteht ein Defektelektron. Hier der leere Kreis. Liegt zum Beispiel ein elektrisches Feld an, so entsteht eine schwache Leitung. Man kann nun diesen Halbleiter so verändern, dass er mehr freie Ladungsträger hat. Man dotiert ihn. Man gibt also einzelne Fremdatome in den Halbleiter. Gewinnt der Halbleiter pro Fremdatom ein Elektron, so ist er ein N-Halbleiter. N wie negativ. Gewinnt er pro Fremdatom ein Defektelektron, also ein Loch, so ist er ein P-Halbleiter. Die Diode ist nun nichts anderes als ein P-Halbleiter an einem N-Halbleiter. Legt man also zwei unterschiedlich dotierte Halbleiter aneinander, so entsteht eine Diode. Was bewirkt dies? Zunächst ist eine Wirkung klar erkennbar. Der N-Halbleiter hat freie Elektronen. Der P-Halbleiter hat freie Defektelektronen. Also werden die Elektronen an der Berührungsfläche in die freien Löcher gehen. Die Berührungsfläche wird PN-Übergang genannt. Ihr könnt Euch Elektronen wie Autos und die Defektelektronen wie Parkplätze vorstellen. Ist da ein freies Auto, so stellt es sich in einen freien Parkplatz. Viele Elektronen besetzen nun die Defektelektronen in der Nähe der Berührungsfläche. Dies nennt man Rekombination. Ein Elektron rekombiniert mit einem Defektelektron. Dies geschieht so lange, bis so viele Parkplätze in dieser Gegend voll sind, sodass die Elektronen die etwas weiter hinten im Halbleiter sind, keine freien Defektelektronen mehr sehen. Und deswegen sich nicht mehr mit einem Defektelektron verbinden können. Es hat sich also eine Schicht gebildet, in der keine freien Elektronen des Phosphors und keine freien Defektelektronen des Bors mehr vorhanden sind. Dies fördert den Leitvorgang natürlich nicht gerade. Da ja jetzt so was wie ein Isolator zwischen den Halbleitern entstanden ist. Diesen nicht leitenden Bereich nennt man Grenzschicht. Man kann diese Situation jedoch ausnutzen. Man kann eine Spannung u anlegen. Den negativen Pol zum N-Halbleiter, den positiven Pol zum P-Halbleiter. Nun werden die freien Elektronen im N-Halbleiter vom negativen Pol abgestoßen. Gleichnamige Ladung stößt sich ab. Sie werden also in die Grenzschicht hinein gedrückt. Je größer die Spannung ist, desto weiter werden sie in die Schicht gedrückt. Bis sie bei einer gewissen Spannung durch die Grenzschicht hindurchtreten können. Diese Spannung heißt Schwellspannung. Die Schwelle zum Leitvorgang wurde überwunden. Nun können die Elektronen vom Minus- zum Pluspol wandern. Die Diode ist ein Leiter mit sehr geringem Widerstand geworden. Die Grenzschicht existiert ja quasi nicht mehr. Man sagt, die Diode ist nun in Durchlassrichtung gepolt. Legt man die Spannung andersherum an, also den Pluspol zum N-Halbleiter und den Minuspol zum P-Halbleiter, so ist sie in Sperrrichtung gepolt. Nun werden die Elektronen zum Pluspol gezogen und die Defektelektronen zum Minuspol. Unterschiedliche Ladung zieht sich an. Die freien Ladungsträger sind also von der Grenzschicht weggezogen worden. Es existieren dort also keine mehr. Also wurde die Grenzschicht vergrößert. Der Widerstand in der Diode ist also sehr groß geworden und wir haben einen Isolator. Die Diode lässt also den Strom nur in eine Richtung hindurch. Man kann dies in einem Spannungsstromdiagramm, der sogenannten UI-Kennlinie darstellen. Bei negativer Spannung, dies entspricht der Polung in Sperrrichtung ist der Strom gleich null. Bei positiven Spannungen zunächst auch. Aber ab der Schwellspannung fließt ein großer Strom. Dort ist sie in Durchlassrichtung gepolt.Die Schwellspannung liegt bei Siliciumdioden bei 0,7V. Bei Germaniumdioden bei 0,35V. Wo kann man nun dies alles gebrauchen? Wenn die Diode den Strom nur in eine Richtung durchlässt, so kann man sie beim Wechselstrom als Gleichrichter. Hier seht Ihr den sogenannten Einweggleichrichter. Seht Euch noch mal das Schaltzeichen an. Der Pfeil geht in die Richtung, in die der technische Strom fließt. Also vom Plus zum Minus. Als Zweites möchte ich Euch noch die LED erklären. Beim Leitvorgang bewegen sich die Elektronen ja in die Löcher und danach das dahinter liegende ins frei gewordene Loch und so weiter. Sie werden wieder an ein Atom gebunden. Dabei geben sie Energie ab in Form von Wärme oder Licht. Bei der Licht-Ermitter-Diode wird das Licht ausgesandt bzw., emittiert. Bei der Solarzelle, sie besteht aus vielen Photodioden, ist es genau andersherum. Das Licht der Sonne bewirkt, das die Elektronen aus ihrer Bindung gebracht werden und es entsteht eine Spannung. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit.

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4 Kommentare
  1. Default

    Vielen Dank für dieses Video. Meine Erwartungen etwas zu finden waren gering. Ich habe ein Physik Thema noch nie so gut verstanden. Weiter so!!!

    Von J Pusse, vor 3 Monaten
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    sehr gutes video

    Von Johannes S., vor fast 3 Jahren
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    http://www.sofatutor.com/physik/videos/der-halbleiter

    Von Linadiddlina, vor fast 5 Jahren
  4. Default

    Du sprichst in deinem sehr guten Video am Anfang von Basiswissenvideo "Der Halbleiter" leider kann ich dieses Video nicht finden. Wo kann ich mir dieses Video ansehen?!

    Von Sebastian.Moder, vor etwa 5 Jahren