MINT lernen

Übung AFB I

Zehn kurze Aufgaben mit den Grundwerten der Halbleiterphysik — der ideale Einstieg zum allerersten Üben vor der Arbeit. Dieses Unterkapitel erklärt dir genau, wie das im Detail funktioniert.

Dein Fortschritt:
0 / 0 Aufgaben
1

Aufgabenblock — AFB I

Zehn Standardaufgaben zum Reproduzieren: Formel kennen, Werte einsetzen, ausrechnen. Das sind die sicheren Punkte in jeder Arbeit — von der Bandlücke über den Vorwiderstand bis zum Wirkungsgrad.

A1
Bandlücke von Silizium
AFB I

Silizium ist der wichtigste Halbleiter überhaupt. Gib die Breite seiner Bandlücke an.

eV
Bändermodell: Die Bandlücke ist der Abstand zwischen Valenzband und Leitungsband. Setze ein: Metall 0 eV, Silizium dazwischen, Diamant etwa 5 eV.
Lösung anzeigen
Kennwert von Silizium = 1,1 eV
A2
Spannung am Vorwiderstand
AFB I

Eine Siliziumdiode mit der Schleusenspannung 0,7 V liegt in Reihe mit einem Vorwiderstand an 5,0 V. Berechne die Spannung am Vorwiderstand.

V
Maschenregel: UR = Uges − UD. Setze ein: 5,0 V − 0,7 V.
Lösung anzeigen
UR = 5,0 V − 0,7 V = 4,3 V
A3
Vorwiderstand einer LED
AFB I

Eine rote LED mit der Schleusenspannung 1,8 V soll an 5,0 V mit 20 mA betrieben werden. Berechne den nötigen Vorwiderstand.

Ω
Ohmsches Gesetz: R = UR / I. Setze ein: UR = 5,0 V − 1,8 V = 3,2 V und I = 0,020 A.
Lösung anzeigen
R = 3,2 V / 0,020 A = 160 Ω
A4
Leistung einer LED
AFB I

Durch eine LED fließen 20 mA, an ihr liegen 2,0 V. Berechne die elektrische Leistung in Milliwatt.

mW
Elektrische Leistung: P = U · I. Setze ein: 2,0 V · 0,020 A = 0,040 W.
Lösung anzeigen
P = 2,0 V · 0,020 A = 0,040 W = 40 mW
A5
Spannung eines Solarmoduls
AFB I

In einem Solarmodul sind 36 Siliziumzellen mit je 0,50 V in Reihe geschaltet. Berechne die Modulspannung.

V
Reihenschaltung: U = n · UZelle. Setze ein: 36 · 0,50 V.
Lösung anzeigen
U = 36 · 0,50 V = 18 V
A6
Wirkungsgrad eines Solarmoduls
AFB I

Ein Modul nimmt 1500 W Strahlungsleistung auf und gibt 300 W elektrisch ab. Berechne den Wirkungsgrad in Prozent.

%
Wirkungsgrad: η = Pab / Pzu. Setze ein: 300 W / 1500 W = 0,20.
Lösung anzeigen
η = 300 W / 1500 W = 0,20 = 20 %
A7
Spannungsteiler mit NTC
AFB I

Ein NTC hat bei 25 °C den Widerstand 10 kΩ. Er liegt in Reihe mit einem Festwiderstand von 10 kΩ an 12 V. Berechne die Spannung am Festwiderstand.

V
Spannungsteiler: Uaus = U · R2 / (R1 + R2). Setze ein: 12 V · 10 kΩ / 20 kΩ.
Lösung anzeigen
Uaus = 12 V · 10/20 = 6,0 V
A8
Widerstand eines LDR
AFB I

An einem hell beleuchteten LDR liegen 6,0 V, es fließen 12 mA. Berechne seinen Widerstand.

Ω
Ohmsches Gesetz: R = U / I. Setze ein: 6,0 V / 0,012 A.
Lösung anzeigen
R = 6,0 V / 0,012 A = 500 Ω
A9
Schleusenspannung aus der Bandlücke
AFB I

Eine blaue LED aus Galliumnitrid hat eine Bandlücke von 2,8 eV. Gib die zugehörige Schleusenspannung an.

V
Merksatz: Die Schleusenspannung in Volt entspricht ungefähr der Bandlücke in Elektronenvolt. Setze ein: 2,8 eV → 2,8 V.
Lösung anzeigen
Das Elektron muss genau die Bandlücke überwinden = 2,8 V
A10
Ausbeute im Reinraum
AFB I

Auf einem Wafer entstehen 400 Chips. Die Ausbeute beträgt 92 %. Berechne die Anzahl der brauchbaren Chips.

Chips
Prozentrechnung: ngut = ngesamt · Ausbeute. Setze ein: 400 · 0,92.
Lösung anzeigen
ngut = 400 · 0,92 = 368 Chips