Halbleiter

Kommen wir jetzt zurück zu den Halbleitern. Wie wir schon gelernt haben, sind das Materialien, die nur unter bestimmten Umständen leiten. Halbleiter wie Silizium oder Germanium weisen sowohl Eigenschaften von Leitern als auch von Nichtleitern auf. Die genaue Funktionsweise wird im Ausbildungsmaterial für die Klassen E und A besprochen.

Das einfachste Bauteil, das aus Halbleitern besteht, ist die Diode, die in der Abbildung N-13.8.1 gezeigt wird. Die Diode hat die interessante Eigenschaft, dass Strom nur in einer Richtung durch sie hindurchfließen kann.

1) Kurzbeschreibung: Foto mit vier Dioden unterschiedlicher Bauform und Größe, einem Maßstab und Angaben zu den Grenzdaten.

2) Ausführliche Beschreibung: Links steht ein Schaltzeichen für eine Diode „D“. Daneben zeigt ein vertikaler Doppelpfeil den Maßstab „1 cm“. In der Bildmitte sind drei kleine Dioden vertikal ausgerichtet: links ein schwarzes, quaderförmiges SMD-Bauteil „EGF1A“ mit den Angaben „50 V / 1 A“; in der Mitte eine kleine, bernsteinfarbene Glasdiode „1N4148“ mit axialen Drahtanschlüssen mit den Angaben „100 V / 200 mA“; rechts davon eine schwarze, zylindrische Kunststoffdiode „1N4007“ mit axialen Anschlüssen mit den Angaben „1000 V / 1 A“. Rechts im Bild befindet sich ein großes, schwarzes Dreibein-Leistungsgehäuse mit Befestigungsloch und drei langen, silbernen Anschlüssen. Unterhalb steht „45 V / 30 A“ und oben rechts im Bild „MBR3045PT“.
Abbildung N-13.8.1: Schaltzeichen und Bauformen von Dioden

NC401: Welches Bauteil wird durch das Schaltzeichen symbolisiert?
1) Kurzbeschreibung: Horizontale Linie mit einem Schaltzeichen mit einem nach rechts zeigenden Dreieck und einem senkrechten Strich an der Dreiecksspitze.

2) Ausführliche Beschreibung: Eine durchgehende horizontale Linie ist in der Mitte mit einem Schaltzeichen aus einem nach rechts zeigenden Dreieck und einem senkrechten Strich an der Dreiecksspitze unterbrochen. Es sind keine Beschriftungen, Maße, Achsen oder weiteren Bauteile vorhanden.

Die Anschlüsse einer Diode bezeichnet man als Anode und Kathode. Ersetzt man in einem Stromkreis einen Draht durch eine Diode, so kann Strom in Richtung von der Anode zur Kathode fließen, aber nicht andersherum. Eine Diode verhält sich wie ein automatischer Schalter: Schließt man den Plus-Pol an die Anode und den Minus-Pol an die Kathode, dann ist der Schalter geschlossen und die Diode leitet. Schließt man aber andersherum den Plus-Pol an die Kathode und den Minus-Pol an die Anode, dann verhält sich die Diode wie ein offener Schalter und leitet nicht.

1) Kurzbeschreibung: Oberer Teil: horizontale Linie mit einem Schaltzeichen für eine Diode in der Mitte; von links kommend ein Pfeil „Anode“, nach rechts abgehend ein Pfeil „Kathode“. Unterer Teil: horizontale Linie; zwei spiegelbildlich zur Linie angeordnete rote Linien von links oben und links unten, die auf der horizontalen Linie in einem Winkel zusammentreffen; vertikale rote Linie durch die beiden roten Linien, wodurch ein liegendes „A“ gebildet wird; unten am Fuße des „A“ die Buchstaben „node“; an der Winkelspitze eine vertikale blaue Linie; an deren Schnittpunkt mit der horizontalen Linie zwei blaue Linien nach rechts oben und rechts unten abgehend, wodurch ein großes „K“ entsteht; unten am Fuße des „K“ die Buchstaben „athode“. 

2) Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung besteht aus zwei Teilen. Im oberen Teil gibt es eine horizontale Linie mit einem Schaltzeichen für eine Diode in der Mitte (Dreiecksspitze nach rechts zeigend). Auf der Linie ist links des Schaltzeichens ein Pfeil nach rechts mit der Beschriftung „Anode“ eingezeichnet. Rechts des Schaltzeichens befindet sich ein Pfeil nach rechts mit der Beschriftung „Kathode“. Im unteren Teil ist eine horizontale Linie eingezeichnet. Von links oben und von links unten gibt es zwei spiegelbildlich angeordnete rote Linien, die auf der horizontalen Linie in einem Winkel zusammentreffen. Durch die beiden roten Linien geht in der Mitte eine vertikale rote Linie, wodurch ein liegendes „A“ gebildet wird. Am Fuße des „A“ stehen nach unten in kleiner Schrift die Buchstaben „node“. An der Winkelspitze der roten Linie gibt es eine vertikale blaue Linie, an deren Schnittpunkt mit der horizontalen Linie zwei blaue Linien nach rechts oben und rechts unten abgehen, wodurch ein großes „K“ entsteht. Am Fuße des „K“ stehen nach rechts in kleiner Schrift die Buchstaben „athode“.
Abbildung N-13.8.2: Merkhilfe Diode

Das Ganze kann man sich mit Hilfe der Abbildung N-13.8.2 gut merken: Das Symbol der Diode zeigt wie ein Pfeil in die technische Stromrichtung. Die Anschlussnamen Anode und Kathode kann man sich gut merken, indem man das Symbol der Diode um die Anfangsbuchstaben A und K ergänzt.

NC403: Wie lauten die Bezeichnungen für die Anschlüsse 1 und 2 im Schaltsymbol?
1) Kurzbeschreibung: Horizontale Linie mit dem Symbol für eine Diode in der Mitte zwischen den mit 1 und 2 beschrifteten Anschlüssen.

2) Ausführliche Beschreibung: Eine durchgehende horizontale Linie, an deren linken Ende die Ziffer „1“ und am rechten Ende die Ziffer „2“ steht. Etwa in der Mitte der Linie ist ein Diodensymbol eingezeichnet: ein Dreieck, das nach rechts zeigt und dessen Spitze an einen vertikalen Strich stößt. Weitere Bauteile, Beschriftungen oder Achsen sind nicht vorhanden.
NC404: In welchem der abgebildeten Stromkreise fließt Strom?
NB703: Bei welchem der abgebildeten Stromkreise leuchtet die LED?

Eine spezielle Diode ist die Leuchtdiode, oder kurz LED (englisch „light-emitting diode“). Das ist eine Diode, die leuchtet, sobald Strom durch sie hindurchfließt. Das Schaltbild einer LED entspricht der Diode mit zwei zusätzlichen Pfeilen, die das Leuchten andeuten (Abbildung N-13.8.3). Abgesehen davon, dass die LED leuchtet, verhält sie sich genauso wie jede andere Diode: Sie lässt den Strom nur in einer Richtung hindurchfließen.

1) Kurzbeschreibung: Foto mit vier LEDs in unterschiedlichen Bauformen (SMD, Grün, Gelb, Rot) mit Maßstab und Schaltzeichen für eine LED.

2) Ausführliche Beschreibung: Das Foto zeigt vier verschiedene Bauformen von Leuchtdioden. Links ist das Schaltzeichen für eine Leuchtdiode, ein nach oben gerichtetes Dreieck mit Querstrich an der Spitze und zwei nach rechts oben gerichteten Pfeilen, mit „D“ beschriftet. Daneben steht ein vertikaler Doppelpfeil mit „1 cm“. Rechts davon liegen vier Bauteile: zunächst eine kleine SMD-LED, daneben eine kleinere, grüne Rund-LED mit der Maßangabe 3 mm. Es folgt eine etwas größere, gelbe LED in Rechteckform ohne Bemaßung. Ganz rechts ist eine große, rote Rund-LED mit zwei langen Anschlussdrähten abgebildet, mit der Maßangabe 10 mm.
Abbildung N-13.8.3: Schaltzeichen und Bauformen von LEDs

NC402: Welches Bauteil wird durch das Schaltzeichen symbolisiert?
1) Kurzbeschreibung: Horizontale Linie mit einem in der Mitte eingefügten Schaltzeichen.

2) Ausführliche Beschreibung: Eine horizontale Linie verläuft über die gesamte Breite. Etwa in der Mitte ist das folgende Schaltzeichen eingezeichnet: ein nach rechts zeigendes Dreieck, dessen Spitze an einen vertikalen Strich anstößt. Der Leiter geht durch das Schaltzeichen hindurch. Vom Dreieck sind zwei kurze Pfeile schräg nach rechts unten gerichtet. Es sind keine Beschriftungen oder Maße vorhanden.

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