Fragenkatalog an der Fachhochschule Südwestfalen | Karteikarten & Zusammenfassungen

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2. In welcher Größenordnung liegt die Diffusionsspannung einer Ge- und einer Si- Diode?
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Germanium: 0,15V..0,35V
Silizium: 0,45...0,8V
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7. PN- Übergang: In der Diode stößt ein p- und ein n- dotierter Bereich aufeinander (es
fließt kein äußerer Strom). Beschreiben Sie das Verhalten der Ladungsträger im
Grenzgebiet und erläutern Sie die Entstehung der Diffusionsspannung.
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- Der Diffusionsstrom fließt ohne elektrisches Feld, d. h. ohne Spannung,
- Ladungsträger werden nur durch Wärmebewegung angetrieben,
- dies führt zum Ausgleich von Konzentrationsgefällen,
- häufig ist mit dem Diffusionsstrom eine Aufladung bestimmter Bereiche verbunden
- als Folge davon entstehen ein elektrisches Feld und Diffusionsspannung.

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10. In welchem Bereich der Kennlinie liegt der typischer Arbeitspunkt der Kapazitätsdiode und in welchen Schaltungen wird sie verwendet?


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- Arbeitspunkt: im Sperrgebiet zwischen Nullpunkt und der Durchbruchspannung 

- Anwendung: 

       o elektronische Abstimmung von Schwingkreisen (Resonanzkreise)

       o AFC- Schaltungen (Automatic Frequency Control)
       o Modulations- und Demodulationsschaltungen

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11. Wie entsteht die Sperrschichtkapazität und welchen Einfluss hat die Sperrspannung auf die Sperrschichtkapazität?


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  • -  bei einem in Sperrrichtung gepolten PN-Übergang fließt nur ein kleiner Sättigungsstrom und es existiert eine Raumladung,

  • -  die in Sperrrichtung gepolte Diode verhält sich wie ein verlustbehafteter Kondensator,

  • -  mit zunehmender Sperrspannung Ur verbreitet sich die Sperrschicht und somit nimmt die Sperrschichtkapazität CS ab,

  • -  die Sperrschichtkapazität CS hat ihren größten Wert bei Ur = 0V

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13. Beschreiben Sie Funktion und nennen Sie Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten

von LEDs!


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- Funktion:

o Elektrische Energie wird in Lichtenergie umgewandelt.

o In Flussrichtung gelangen beim PN-Übergang Majoritätsträger als Minoritätsträger in das jeweilig entgegengesetzte Gebiet (Elektronen ins p-Gebiet und Löcher ins n-Gebiet)

o in den Bahngebieten rekombinieren die Minoritätsträger mit den Majoritätsträger 

o die Rekombinationsenergie (1,7-3,4 eV) wird als Wärme, sichtbares oder UV – Licht freigesetzt


- Eigenschaften:
o kein Einschaltstromstoß
o niedrige Betriebsspannung
o praktisch trägheitslos (Anstiegs- / Abfallzeiten im ns- Bereich) 

o modulierbar
o hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit


- Einsatzmöglichkeiten:
o Anzeigeelement, Optokoppler, Leuchtmittel

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19. Für welche Anwendungen sind Spitzendioden besonders geeignet?


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- Hochfrequenz- und schnelle Schalteranwendungen:
o Modulator- Demodulator Schaltungen bis 1GHz 

o Spezielle Si-Mikrowellendioden bis 40GHz


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56. Darlingtontransistoren sind für hohe Spannungen und Ströme geeignet, Bipolartransistoren dagegen nicht. Welche gegensätzlichen Forderungen können beim Bipolartransistor nicht gleichzeitig realisiert werden?


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- Eine hohe Sperrspannung UND eine hohe Stromverstärkung lassen sich beim einfachen BPT nicht gleichzeitig realisieren.


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66. Nennen Sie die Effekte, die zur unerwünschten Zündung eines Thyristors führen können!

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- Erhöhte Anodenspannung (Überkopfzündung):
o Durchbruchspannung des sperrenden pn- Übergangs (J2) wird überschritten und der steigende Sperrstrom leitet des Zündvorgang ein
o Da jedoch diese „Überkopfzündung“ den Thyristor gefährdet, wird dies im periodischen Betrieb vermieden und nur in Sonderfällen zugelassen.
o solange die Kippspannung UBO (breakover voltage) {s.o.: Nullkippspannung U(B0)null} nicht

überschritten wird, bleibt der Thyristor gesperrt 


- Schneller Spannungsanstieg (Rate – Effekt):

o ein steiler Spannungsanstieg verursacht Ladeströme in die Sperrschichtkapazität des pn – Übergangs (J2), die zur Zündung führen können

o Typische Werte: 0,1 ... 2 kV/μs


- Energiezufuhr (Wärme, Licht, Strahlung)

o Erhöhte Ladungsträgergeneration in der Sperrschicht (J2) erhöht den Sperrstrom, der den Zündvorgang einleiten kann


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34. Welcher "Effekt" tritt auf, wenn bei einem Bipolartransistor UCE immer weiter erhöht wird? Wie heißt der Effekt und was passiert im Transistor?


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Punch-Throught
- die immer weitere Erhöhung der Spannung UCE bewirkt, dass die Raumladungszone der gesperrten CB-Diode bis zum Emitter reicht.
- Dieses wirkt wie ein Kurzschluss zwischen diesen gleichartig dotierten Gebieten.
- Die nun auftretende Verlustleistung IC * UCE zerstört den Transistor

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72. Was bedeutet GTO und wie funktioniert ein GTO? Wie heißt die aktuelle weiterentwickelte Ausführung?

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-  GTO: Abschhaltthyristor (Gate Turn- off Thyristor)

-  zünden: durch einen Steuerstrom, wie bei herkömmlichen Thyristoren

-  löschen: durch einen Steuerstrom in umgekehrter Richtung

-  Der GTO vereint die Vorteile des Thyristors und des Leistungstransistors: hohe Strom- und Spannungsbelastbarkeit sowie vereinfachte Löschung und kurze Schaltzeiten

-  Aktuelle Weiterentwicklung: (MCT, FCT, GCT bzw. IGCT) und andere moderne Bauelemente (IGBT), mit verbesserten Ansteuer- und Schalteigenschaften verdrängt.


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73. Nennen Sie aktuelle Ausführungen von Leistungshalbleitern!

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-  Thyristoren

-  IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor)

-  IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

-  Diac

-  Triac


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67. Welche Auswirkung hat ein schneller Stromanstieg an einem Thyristor? Bitte begründen Sie Ihre Aussage ausführlich!

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- Er führt zur Zerstörung des Thyristors, da durch die zu hohe Stromdichte die zulässige thermische Belastung überschritten wird (Kritische Stromsteilheit)
o Beim Einschalten des Thyristors fließt der Gatestrom vorwiegend zum Rand J3 des n+ Emitters
o Auf dem Weg zur Mitte verursacht der Bahnwiderstand einen Spannungsfall und der Steuerstrom wird immer geringer
o Nach dem Zünden durch einen Zündimpuls hat sich nur in einem schmalen Randbereich eine Stromdichte eingestellt, die größer als die Einraststromdichte ist
o Die Strombelastbarkeit des Thyristors ist in diesem Moment deutlich geringer als der Nennwert.


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Q:
2. In welcher Größenordnung liegt die Diffusionsspannung einer Ge- und einer Si- Diode?
A:
Germanium: 0,15V..0,35V
Silizium: 0,45...0,8V
Q:
7. PN- Übergang: In der Diode stößt ein p- und ein n- dotierter Bereich aufeinander (es
fließt kein äußerer Strom). Beschreiben Sie das Verhalten der Ladungsträger im
Grenzgebiet und erläutern Sie die Entstehung der Diffusionsspannung.
A:

- Der Diffusionsstrom fließt ohne elektrisches Feld, d. h. ohne Spannung,
- Ladungsträger werden nur durch Wärmebewegung angetrieben,
- dies führt zum Ausgleich von Konzentrationsgefällen,
- häufig ist mit dem Diffusionsstrom eine Aufladung bestimmter Bereiche verbunden
- als Folge davon entstehen ein elektrisches Feld und Diffusionsspannung.

Q:


10. In welchem Bereich der Kennlinie liegt der typischer Arbeitspunkt der Kapazitätsdiode und in welchen Schaltungen wird sie verwendet?


A:

- Arbeitspunkt: im Sperrgebiet zwischen Nullpunkt und der Durchbruchspannung 

- Anwendung: 

       o elektronische Abstimmung von Schwingkreisen (Resonanzkreise)

       o AFC- Schaltungen (Automatic Frequency Control)
       o Modulations- und Demodulationsschaltungen

Q:


11. Wie entsteht die Sperrschichtkapazität und welchen Einfluss hat die Sperrspannung auf die Sperrschichtkapazität?


A:


  • -  bei einem in Sperrrichtung gepolten PN-Übergang fließt nur ein kleiner Sättigungsstrom und es existiert eine Raumladung,

  • -  die in Sperrrichtung gepolte Diode verhält sich wie ein verlustbehafteter Kondensator,

  • -  mit zunehmender Sperrspannung Ur verbreitet sich die Sperrschicht und somit nimmt die Sperrschichtkapazität CS ab,

  • -  die Sperrschichtkapazität CS hat ihren größten Wert bei Ur = 0V

Q:


13. Beschreiben Sie Funktion und nennen Sie Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten

von LEDs!


A:


- Funktion:

o Elektrische Energie wird in Lichtenergie umgewandelt.

o In Flussrichtung gelangen beim PN-Übergang Majoritätsträger als Minoritätsträger in das jeweilig entgegengesetzte Gebiet (Elektronen ins p-Gebiet und Löcher ins n-Gebiet)

o in den Bahngebieten rekombinieren die Minoritätsträger mit den Majoritätsträger 

o die Rekombinationsenergie (1,7-3,4 eV) wird als Wärme, sichtbares oder UV – Licht freigesetzt


- Eigenschaften:
o kein Einschaltstromstoß
o niedrige Betriebsspannung
o praktisch trägheitslos (Anstiegs- / Abfallzeiten im ns- Bereich) 

o modulierbar
o hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit


- Einsatzmöglichkeiten:
o Anzeigeelement, Optokoppler, Leuchtmittel

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Q:


19. Für welche Anwendungen sind Spitzendioden besonders geeignet?


A:


- Hochfrequenz- und schnelle Schalteranwendungen:
o Modulator- Demodulator Schaltungen bis 1GHz 

o Spezielle Si-Mikrowellendioden bis 40GHz


Q:


56. Darlingtontransistoren sind für hohe Spannungen und Ströme geeignet, Bipolartransistoren dagegen nicht. Welche gegensätzlichen Forderungen können beim Bipolartransistor nicht gleichzeitig realisiert werden?


A:


- Eine hohe Sperrspannung UND eine hohe Stromverstärkung lassen sich beim einfachen BPT nicht gleichzeitig realisieren.


Q:

66. Nennen Sie die Effekte, die zur unerwünschten Zündung eines Thyristors führen können!

A:


- Erhöhte Anodenspannung (Überkopfzündung):
o Durchbruchspannung des sperrenden pn- Übergangs (J2) wird überschritten und der steigende Sperrstrom leitet des Zündvorgang ein
o Da jedoch diese „Überkopfzündung“ den Thyristor gefährdet, wird dies im periodischen Betrieb vermieden und nur in Sonderfällen zugelassen.
o solange die Kippspannung UBO (breakover voltage) {s.o.: Nullkippspannung U(B0)null} nicht

überschritten wird, bleibt der Thyristor gesperrt 


- Schneller Spannungsanstieg (Rate – Effekt):

o ein steiler Spannungsanstieg verursacht Ladeströme in die Sperrschichtkapazität des pn – Übergangs (J2), die zur Zündung führen können

o Typische Werte: 0,1 ... 2 kV/μs


- Energiezufuhr (Wärme, Licht, Strahlung)

o Erhöhte Ladungsträgergeneration in der Sperrschicht (J2) erhöht den Sperrstrom, der den Zündvorgang einleiten kann


Q:


34. Welcher "Effekt" tritt auf, wenn bei einem Bipolartransistor UCE immer weiter erhöht wird? Wie heißt der Effekt und was passiert im Transistor?


A:

Punch-Throught
- die immer weitere Erhöhung der Spannung UCE bewirkt, dass die Raumladungszone der gesperrten CB-Diode bis zum Emitter reicht.
- Dieses wirkt wie ein Kurzschluss zwischen diesen gleichartig dotierten Gebieten.
- Die nun auftretende Verlustleistung IC * UCE zerstört den Transistor

Q:

72. Was bedeutet GTO und wie funktioniert ein GTO? Wie heißt die aktuelle weiterentwickelte Ausführung?

A:

-  GTO: Abschhaltthyristor (Gate Turn- off Thyristor)

-  zünden: durch einen Steuerstrom, wie bei herkömmlichen Thyristoren

-  löschen: durch einen Steuerstrom in umgekehrter Richtung

-  Der GTO vereint die Vorteile des Thyristors und des Leistungstransistors: hohe Strom- und Spannungsbelastbarkeit sowie vereinfachte Löschung und kurze Schaltzeiten

-  Aktuelle Weiterentwicklung: (MCT, FCT, GCT bzw. IGCT) und andere moderne Bauelemente (IGBT), mit verbesserten Ansteuer- und Schalteigenschaften verdrängt.


Q:

73. Nennen Sie aktuelle Ausführungen von Leistungshalbleitern!

A:

-  Thyristoren

-  IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor)

-  IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

-  Diac

-  Triac


Q:

67. Welche Auswirkung hat ein schneller Stromanstieg an einem Thyristor? Bitte begründen Sie Ihre Aussage ausführlich!

A:

- Er führt zur Zerstörung des Thyristors, da durch die zu hohe Stromdichte die zulässige thermische Belastung überschritten wird (Kritische Stromsteilheit)
o Beim Einschalten des Thyristors fließt der Gatestrom vorwiegend zum Rand J3 des n+ Emitters
o Auf dem Weg zur Mitte verursacht der Bahnwiderstand einen Spannungsfall und der Steuerstrom wird immer geringer
o Nach dem Zünden durch einen Zündimpuls hat sich nur in einem schmalen Randbereich eine Stromdichte eingestellt, die größer als die Einraststromdichte ist
o Die Strombelastbarkeit des Thyristors ist in diesem Moment deutlich geringer als der Nennwert.


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