Halbleiterdiode
Elektronik
Klasse 9, 10
- Warum lässt eine Diode den Strom nur in eine Richtung durch?
- Was passiert am pn-Übergang?
- Wozu dienen Dioden und LEDs?
Schlau Fassung
Die Halbleiterdiode
- Eine Diode besteht aus einem pn-Übergang. An der Grenze rekombinieren Elektronen und Löcher – es entsteht eine ladungsträgerarme Sperrschicht.
- Durchlassrichtung (+ an p): Die Sperrschicht wird abgebaut, ab etwa \(0{,}7\,\mathrm{V}\) (Silizium) fließt Strom. Sperrrichtung (+ an n): Die Sperrschicht verbreitert sich, es fließt praktisch kein Strom.
- Die Kennlinie ist stark nichtlinear – im Schaltbild zeigt das Dreieckssymbol in die technische Durchlassrichtung.
- Anwendungen: Gleichrichter (aus Wechselstrom wird Gleichstrom, z. B. in jedem Netzteil), Schutzdiode gegen Verpolung, LED (sendet Licht beim Stromdurchgang), Solarzelle (kehrt den Effekt um), Fotodiode.
Aufgaben
- Eine LED (\(U_{LED} = 2\,\mathrm{V}\), \(I = 20\,\mathrm{mA}\)) soll an \(9\,\mathrm{V}\) betrieben werden. Berechne den Vorwiderstand.
Lösung
\(R = \frac{9 - 2}{0{,}02} = 350\,\Omega\) (nächster Normwert 360 \(\Omega\)). - Warum braucht jede LED einen Vorwiderstand?
Lösung
Wegen der steilen Kennlinie: Ohne Begrenzung steigt der Strom oberhalb der Schwellenspannung fast unbegrenzt – die LED brennt durch. - Skizziere die Zweiweg-Gleichrichtung mit vier Dioden (Brückenschaltung) und beschreibe den Stromweg für beide Halbwellen.
Lösung
Je zwei diagonal liegende Dioden leiten pro Halbwelle; durch den Verbraucher fließt der Strom immer in derselben Richtung.
Weiterführende Aufgaben
- Vergleiche Glühlampe und LED: Wirkungsgrad, Lebensdauer, Spektrum. Warum ist die LED-Umstellung ein wirksamer Klimaschutz?