Die Diode, ein Halbleiterbauelement

Einleitung

Die Ausgangslage zum Experiment

Die Vorgehensweise

Theorie

Begriffe und Variablen

Formel

Experiment

Messdaten

Berechnung

Fehlerrechnung

Diskussion des Experimentes

1. Einleitung

Die Diode ist in der Elektronik eines der wichtigsten Bauelementen und die Grundlage für kompliziertere Bauteile wie etwa der Transistor, der in der heutigen Elektronik nicht mehr wegzudenken ist. Mit diesem Experiment wird nun die sogenannte Kennlinie der Diode, und somit deren Eigenschaften näher kennengelernt.

Die Vorgehensweise

Mit folgender Schaltung wird die Diode ausgemessen:

Das Potentiometer (Ein Drehwiderstand), R1 wird dabei zur Regulierung der Spannung. V und A sind die zwei Messgeräte, V das Spannungs- und A das Strommessgerät. D1 ist die auszumessende Diode. Der Plus und Minuspol gehen direkt an ein Netzgerät.

2. Theorie

Die Diode, welche aus Silicium hergestellt wird, müsste eigentlich ja nicht leiten, da es keine frei herumschwebende Elektronen hat. Doch ist bei Zimmertemperatur die innere Energie des Gitters so gross, dass sich einige Elektronen aus ihm lösen können. Somit wird das Metall leitend, es wird Halbleiter genannt. Es ist klar, dass wenn sich das Silicium erwärmt, sich die Elektronen schneller bewegen, somit das Material besser leitet. Diese eine Eigenschaft wird für die Temperaturmessung gebraucht. Wird neben Silicium noch ein anderes Metall ins Siliciumgitter eingebaut, wird die elektrische Leitfähigkeit stark gesteigert. Ebenfalls wird durch Zugabe von z. B Arsen ein sehr wichtiger Effekt erzielt. Die Elektronen sind einfacher zu bewegen, einige aber schweben, ohne dass eine Fehlstelle entsteht, frei herum. Wenn solche frei schwebende Elektronen vorhanden sind, nennen wir es ein n- leitendes Siliciumgitter. Die negativen Ladungen sind da beweglich. Im Gegenteil dazu, wenn man zum Beispiel Iridium dazugibt, binden sich die Elektronen stärker daran, und es entstehen Elektronenlöcher, die wandern. Die Elektronen bewegen sich nicht mehr ganz frei, sondern nur noch vom einen Loch zum andern, Es gibt so eine Art bewegliche positive Ladung. Solche Gitter nennen wir p- leitende Siliciumgitter. Für näheres konsultiere man die Seite 2 auf dem beigelegten Blatt.

Es macht nicht viel Sinn, noch näher auf die Diode einzugehen, sondern verweise auf das Blatt 3, wo die Funktion der Diode sehr gut und genau beschrieben ist.

2.1 Begriffe und Variablen

D1       Diode, Typ 1N4007

R1       Potentiometer, 0-330 Ohm, max. 1A

Plus-Pol des Netzgerätes

Minus-Pol des Netzgerätes

2.2 Formel zur Berechnung des Experimentes

Berechnet werden muss bei diesem Experiment eigentlich nichts, es geht ja nur um die Kennlinie der Diode.

3. Das Experiment

3.1 Messdaten

3.2 Berechnung

Zu Berechnen gibt es hier nicht viel. Die Messkurve gibt da genügend Auskunft.

3. Die Fehlerrechnung

Bei diesen Messungen bin ich von einem Fehler der Messgeräte von 10 % ausgegangen, wie aus der Graphik ersichtlich ist.

4.Diskussion des Experimentes

Wie man sieht, nimm der durch die Diode fliessende Strom exponentiell zur Spannung zu. Je mehr Strom also fliesst, desto besser leitet die Diode, was aus dem Aufbau der Diode mit den freien Elektronenplätzen eigentlich logisch ist, da das elektrische Potential immer grösser wird. Bei negativen, also in Sperrichtung der Diode laufenden Spannungen fliesst kein Strom durch die Diode. Bei einem gewissen Schwellwert aber schlägt die Diode durch, weil das Potential zu gross wird, und die Elektronen die Barriere des p-n Überganges überspringen können. Dabei aber geht die Diode kaputt.