Kapitel 3: BASICS
Kapitelpräsentation und Leseproben aus der archivierten Buchausgabe. Zeitangaben, technische Beispiele, Firmenbezeichnungen und Zukunftsausblicke geben den damaligen Stand wieder; sie sind keine aktuelle Marktübersicht. Die Texte wurden nicht fachlich aktualisiert.
Grundlagen der Halbleiterelektronik
Die Autoren führen ihre Leser hier behutsam in die fachlichen Grundlagen der Elektronik ein. Sie erklären, was Halbleiter zum bevorzugten »Baumaterial« integrierter Schaltkreise macht, führen Grundbegriffe der Elektronik wie Ladung, Potenzial, Spannung, Stromstärke, Widerstand und Kapazität ein und schildern, wie Dioden und Transistoren funktionieren. Sie erklären in verständlichen Texten, wie integrierte Schaltkreise mit Hilfe ihrer Transistoren schwierige Logikaufgaben lösen, wie Mikroprozessoren arbeiten und wie Chipdesigner integrierte Schaltkreise entwerfen.
Themen im Kapitel
- Silizium & Co.: Halbleiter
- Löcher und freie Elektronen
- Multitalent Diode
- So funktioniert ein Transistor
- So rechnen Computer
- So funktionieren Mikroprozessoren
- Welche Sensoren im Smartphone stecken
- Chipentwurf und elektronische Entwurfsautomatisierung
Porträts im Buch
- Siltronic AG
- Osram Opto Semiconductors GmbH
- MAZeT GmbH
- Wirtschaftsförderung Jena
- Jenoptik AG
- Anvo-Systems GmbH
- Texas Instruments Deutschland
- ams AG
- Cadence Design Systems GmbH
- edacentrum GmbH
Leseprobe: Multitalent Diode
Vielseitig einsetzbar, sind Dioden in der Welt der Elektronik fast überall zu finden
Ohne es zu ahnen, nutzen viele Menschen ständig eine kleine Armee von Dioden: Wenn du ein elektrisches Gerät einschaltest, das seinen Strom aus der Steckdose bezieht – egal ob Computer, Radio oder Waschmaschine – so wandeln häufig Dioden im Netzteil den Wechselstrom aus der Dose in den Gleichstrom um, den das Gerät braucht, um zu funktionieren. Dioden können aber noch viel mehr: Leuchtdioden (LED) beispielsweise verwandeln elektrischen Strom in Licht. Die Industrie bringt immer lichtstärkere LEDs auf den Markt; einige leuchten bereits so hell wie Energiesparlampen, enthalten aber – anders als Letztere – keine giftigen Stoffe – und werden die Energiesparlampen deshalb über Kurz oder Lang wahrscheinlich ablösen. Infrarot-Dioden sind ein weiteres Mitglied aus der Familie der Dioden. In Bewegungsmeldern verbaut, erzeugen sie Lichtschranken – betritt jemand den Raum, so schaltet sich automatisch das Licht ein. Auch Solarzellen, die Sonnenlicht in Strom verwandeln, enthalten Dioden. Kurzum: Dioden sind allgegenwärtig; sie existieren in vielen Varianten – doch trotz ihrer Vielfalt funktionieren sie alle nach einem ähnlichen Prinzip! Am Beispiel einer Halbleiterdiode aus Silizium wollen wir dir dieses Prinzip erklären.
Unsere Beispiel-Diode sieht aus wie eine kleine Walze – mit einem Drähtchen für den Stromanschluss an jedem Ende. Im zylinderförmigen Plastikgehäuse steckt ein Siliziumkristall, der lediglich aus einer n- und einer p-dotierten Zone besteht. Um zu verstehen, wie eine Diode funktioniert, musst du wissen, dass n-dotierte Kristallzonen einen Vorrat an frei beweglichen, negativ geladenen Elektronen aufweisen, während p-dotierte Kristallzonen ein mehr oder weniger großes Reservoir an positiv geladenen Löchern besitzen. Grenzen eine n- und eine p-dotierte Kristallzone aneinander (was bei Dioden der Fall ist), so beginnen die frei beweglichen Elektronen aus der n-dotierten in die p-dotierte Zone hinüberzufließen, während die Löcher aus der p-dotierten in die n-dotierte Zone wandern. An der Nahtstelle zwischen beiden Kristallzonen treffen beide Ladungstypen aufeinander. Die Löcher »verschlucken« nun die Elektronen und löschen sich damit selbst aus, denn sie sind nach der Elektronenaufnahme ...
Beispielseiten
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