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Die Diode aus der Halbleiterphysik

Ein Halbleiterkristall, der den Strom nur in eine Richtung durchlässt — die Grundlage jeder Gleichrichtung.

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Übungsaufgaben

Alle Übungen fortlaufend nummeriert — zuerst die interaktiven Übungen zum Klicken, Ziehen und Knobeln, danach die Rechen- und Textaufgaben. Jede Übung gibt dir sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen dir die gestuften Tipps.

A1
Was stimmt über die Diode?
AFB I

Welche Aussagen über eine Silizium-Diode sind richtig?

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
In Sperrrichtung sperrt die Diode fast vollständig, ihre Kennlinie ist keine Gerade, und reines Silizium ist ein Halbleiter und damit ein sehr schlechter Leiter.
A2
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Fünf Behauptungen rund um Halbleiter, Dotierung und pn-Übergang.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Dotieren liefert bewegliche Elektronen (n) oder Löcher (p); erst ihr Zusammentreffen am pn-Übergang macht aus dem Kristall ein Ventil für den Strom.
A3
Lückentext mit Wortbank
AFB I

Setze die Fachbegriffe an die richtige Stelle — ein Wort bleibt übrig.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Eine Diode besteht aus dotiertem . Im n-Gebiet leiten zusätzliche , im p-Gebiet dagegen die . An ihrer Grenze bildet sich eine ladungsträgerarme , die erst in ab etwa 0,7 V abgebaut wird.

„Sperrrichtung“ passt nicht: Dort wird die Sperrschicht breiter statt abgebaut, es fließt also gerade kein Strom.
A4
n, p oder beides?
AFB I

Ordne jede Eigenschaft dem n-Gebiet, dem p-Gebiet oder beiden Gebieten zu.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1n-dotiert
2p-dotiert
3gilt für beide
Entscheidend ist die Zahl der Außenelektronen des Fremdatoms: fünf ergibt überzählige Elektronen (n), drei ergibt Löcher (p).
A5
Blitzrechnung
AFB I

Eine rote LED (UD = 2,0 V) soll an einer 9,0-V-Blockbatterie mit I = 20 mA betrieben werden. Wie groß muss der Vorwiderstand sein?

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
R = (9,0 V − 2,0 V) : 0,020 A = 7,0 V : 0,020 A = 350 Ω. Trick: Durch 0,020 A teilen heißt mal 50 — also 7 · 50 = 350.
A6
LED-Schaltung planen
AFB II

Bringe die Arbeitsschritte in die richtige Reihenfolge: Eine LED soll an einer 9,0-V-Batterie betrieben werden.

Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Werte notieren: U = 9,0 V, UD = 2,0 V, I = 20 mA
2Spannung am Vorwiderstand bestimmen: UR = 9,0 V − 2,0 V = 7,0 V
3Widerstand berechnen: R = 7,0 V : 0,020 A = 350 Ω
4Nächstgrößeren Normwiderstand wählen: 390 Ω
5LED mit der Anode zum Pluspol einbauen und Stromstärke messen
Am häufigsten wird die Restspannung übersprungen und gleich 9,0 V durch den Strom geteilt — dann kommt ein zu großer Widerstand heraus und die LED bleibt zu dunkel.
A7
Rechenkette
AFB II

Eine Silizium-Diode (UD = 0,7 V) liegt in Reihe mit einem Vorwiderstand an U = 5,0 V. Es sollen I = 20 mA fließen.

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. Wie groß ist die Spannung am Vorwiderstand? V
  2. Wie groß muss der Vorwiderstand sein? Ohm
  3. Welche Leistung setzt der Vorwiderstand um? mW
  4. Die Diode wird umgepolt: Wie groß ist die Stromstärke jetzt? mA
Die Diode „frisst“ immer ihre 0,7 V; den Rest übernimmt der Vorwiderstand — und umgepolt sperrt sie vollständig.
A8
Begriff und Bedeutung
AFB II

Verbinde jeden Fachbegriff mit der passenden Beschreibung.

Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Merkhilfe: Kathode und Kringel beginnen beide mit K — und die Kathode gehört an den Minuspol.
A9
Fehlersuche im Schulheft
AFB II

Sechs Sätze aus einem Schulheft — drei davon sind falsch. Finde sie.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Der häufigste Fehler ist Zeile 6: Die Diodenspannung wird nicht abgezogen, obwohl am Vorwiderstand nur die Restspannung liegt.
A10
Wie ändert sich der Strom?
AFB III

Ausgangsschaltung: rote LED (UD = 2,0 V) mit R = 350 Ω an 9,0 V, also I = 20 mA. Schätze für jede Zeile ein, was mit der Stromstärke passiert — ohne zu rechnen.

Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = viel kleiner, 2 = etwas kleiner, 3 = unverändert, 4 = etwas größer, 5 = viel größer. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = viel kleiner5 = viel größer
Die Anschlussdrähte werden 2 cm länger gebogen.
Der Vorwiderstand wird gegen einen mit 35 Ω getauscht.
Die Batteriespannung sinkt von 9,0 V auf 8,0 V.
Die LED wird umgepolt.
Die Batteriespannung steigt von 9,0 V auf 10,0 V.
Maßgeblich ist immer die Restspannung geteilt durch R: 35 Ω statt 350 Ω verzehnfacht den Strom, ±1 V ändert ihn nur um etwa 14 %, und umgepolt sperrt die LED.