Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

92 Halbleiter 17 Im zweiten Versuch (Kathode positiv) wird die la- dungsträgerarme Sperrschicht durch die angelegte Spannung noch vergrößert. Ein Ladungstransport ist weitgehend unmöglich. Diese Schaltung der Halblei- terdiode heißt Sperrrichtung: Auch in Sperrrichtung ist ein (geringer) Ladungstrans- port möglich. Dies ist wegen der auch im p-Leiter vorhandenen geringen Zahl von freien Elektronen möglich. Dieser Sperrstrom ist unterhalb der Grenz- spannung weitgehend von der angelegten Spannung unabhängig. Durch Überschreiten einer vom Bau der Halbleiterdiode abhängigen Grenzspannung wird die in Sperrrichtung gepolte Diode zerstört. Bauarten Leuchtdioden ( LED – light emitting diode ) werden häufig als Kontrolllämpchen verwendet, weil zu ihrem Betrieb wenig elektrische Energie nötig ist und sie sehr flink reagieren. Leistungsdioden hingegen kön- nen mit Strömen von einigen 100 A belastet werden; sie werden zum Beispiel in elektrischen Schweißanla- gen verwendet. 17.3.3 Gleichrichtung von Wechselströmen (rectifying of alternating currents) A1 Erkundige dich, mit welchen Spannungsquellen ein MP3-Player betrieben werden kann! A2 Überlege: Zur Übertragung von elektrischer Ener­ gie wird Wechselstrom verwendet. Wie kann damit ein Akku (Gleichstrom) geladen werden? A3 Gib Beispiele für elektrische Geräte an, die nur mit Gleichstrom betrieben werden können! Zu Beginn des 20. Jhdt. hat sich zur Elektrizitätsver­ sorgung weltweit Wechselstrom durchgesetzt. Die damals verwendeten elektrischen Geräte konnten problemlos mit Wechselstrom betrieben werden. Geräte mit elektronischen Bauteilen benötigen zum Betrieb jedoch Gleichstrom. Die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom wird als Gleichrichten vonWechselstrom bezeichnet. Diode als Einweggleichrichter (half-wave-rectifier) Da eine Diode wie ein elektrisches Ventil wirkt, das den Strom nur in einer Richtung durchlässt, sperrt sie jede zweite Halbwelle des angelegten Wechselstro- mes. (Dabei fließt jedoch ein geringer Sperrstrom.) Sie lässt den Wechselstrom nur in einer Richtung durch, der Spannungsquelle wird imVergleich mit der Schal- tung ohne Diode nur die halbe Leistung entnommen. 17.4 17.4.1 Abb. 92.1 Die Diode in Sperrrichtung n p Halbleiterdioden wirken im Stromkreis wie elektri- sche Ventile. Sie lassen den Strom in einer Richtung durch (Durchlassrichtung), bei anderer Polung sper- ren sie (Sperrrichtung). Halbleiterdioden Abb. 92.2 links Leuchtdioden (Grundmaterial Galliumarsenid GaAs, Galliumphosphid GaP) werden in Durchlassrichtung betrieben. Bei der Rekombination von Elektronen und Löchern wird Energie in Form von Strahlung frei (siehe S. 16). Rechts: Leistungsdiode U p n Licht Si-Kristall („Pille”) Leuchtdiode Leistungsdiode Versuch Einweggleichrichter Baue den Schaltkreis von Abb. 92.3 oben auf und betreibe das Glühlämpchen mit Wechselstrom. Ergänze, ohne die Eingangsspannung zu verändern, den Stromkreis um eine in Serie geschaltete Diode (Abb. 92.3 unten). Mit einem Oszilloskop beobach- ten wir die an der Glühlampe liegende Spannung: Abb. 92.3 Aus Wechselstromwird Gleichstrom I I ~ Spannung an der Lampe ~ Spannung an der Lampe + Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags bv