feature: solutions for diode

contents/solutions/AB104.md

@@ -0,0 +1,3 @@
+Halbleitermaterialien wie Silizium besitzen im reinen Zustand bei Raumtemperatur nur eine geringe elektrische Leitfähigkeit und verhalten sich nahezu wie Isolatoren.
+
+Durch gezielte Dotierung mit kleinen Mengen geeigneter Fremdatome, beispielsweise Bor oder Phosphor, kann die Leitfähigkeit stark erhöht werden. Auch eine Temperaturerhöhung führt dazu, dass mehr Ladungsträger verfügbar werden und das Material leitfähiger wird.

contents/solutions/AB105.md

@@ -0,0 +1,3 @@
+Unter Dotierung versteht man das gezielte Einbringen geringer Mengen geeigneter Fremdatome in einen Halbleitergrundstoff. Dadurch entstehen zusätzliche freie Ladungsträger, wodurch sich die elektrische Leitfähigkeit gezielt beeinflussen lässt.
+
+Je nach Art der Fremdatome entstehen dabei Elektronenüberschuss (n-Dotierung) oder Elektronenmangel bzw. "Löcher" (p-Dotierung).

contents/solutions/AB106.md

@@ -0,0 +1,3 @@
+N-leitendes Halbleitermaterial besitzt einen Überschuss an freien beweglichen Elektronen. Dies entsteht durch Dotierung mit fünfwertigen Fremdatomen, beispielsweise Phosphor. Diese stellen zusätzliche Elektronen als Ladungsträger zur Verfügung.
+
+[picture:855:a_n_dotierung:Dotierung eines Halbleiters mit fünfwertigen Fremdatomen (n-Dotierung)]

contents/solutions/AB107.md

@@ -0,0 +1,5 @@
+P-leitendes Halbleitermaterial besitzt einen Überschuss an sogenannten „Löchern“ beziehungsweise Elektronenfehlstellen. Diese entstehen durch Dotierung mit dreiwertigen Fremdatomen, beispielsweise Bor.
+
+Die Löcher verhalten sich wie positive bewegliche Ladungsträger und übernehmen den Stromtransport im p-leitenden Material.
+
+[picture:856:a_p_dotierung:Dotierung eines Halbleiters mit dreiwertigen Fremdatomen (p-Dotierung)]

contents/solutions/AB108.md

@@ -0,0 +1,3 @@
+An der Grenzschicht eines PN-Übergangs diffundieren freie Elektronen aus dem n-leitenden Bereich in den p-leitenden Bereich. Dort rekombinieren sie mit den vorhandenen Elektronenlöchern.
+
+Dadurch wird der Elektronenüberschuss auf der n-Seite sowie der Elektronenmangel auf der p-Seite teilweise ausgeglichen. In der Grenzschicht bleiben fest gebundene Ladungen zurück, wodurch sich eine ladungsträgerarme Sperrschicht bildet. Diese wirkt isolierend und verhindert zunächst einen weiteren Ladungstransport.

contents/solutions/AB109.md

@@ -0,0 +1,5 @@
+In der dargestellten Schaltung liegt der P-Bereich auf $\qty{0}{\volt}$ und der N-Bereich auf $\qty{+5}{\volt}$. Die Diode wird damit in Sperrrichtung betrieben.
+
+Bei einer Sperrspannung werden die freien Ladungsträger von der Grenzschicht weggezogen. Dadurch vergrößert sich die Verarmungszone beziehungsweise Sperrschicht.
+
+[picture:957:a_pn_uebergang:PN-Übergang erweitert sich]

contents/solutions/AC401.md

@@ -0,0 +1,3 @@
+Wird ein PN-Übergang in Durchlassrichtung betrieben, wird die Sperrschicht verkleinert. Dadurch können Elektronen den Übergang überwinden.
+
+Die Elektronen bewegen sich dabei vom n-leitenden Bereich mit Elektronenüberschuss in den p-leitenden Bereich mit Elektronenmangel.

contents/solutions/AC402.md

@@ -0,0 +1,3 @@
+Wird ein PN-Übergang in Durchlassrichtung betrieben, wird die Sperrschicht stark verkleinert. Dadurch können freie Ladungsträger den Übergang überwinden.
+
+Die Elektronen bewegen sich dabei vom n-leitenden Bereich mit Elektronenüberschuss in den p-leitenden Bereich (physikalische Stromrichtung von - nach +). Gleichzeitig bewegen sich die Elektronenlöcher in entgegengesetzter Richtung.

contents/solutions/AC403.md

@@ -0,0 +1,3 @@
+Die Durchlassspannung einer Halbleiterdiode ist temperaturabhängig. Mit steigender Temperatur benötigen die Ladungsträger weniger Energie, um die Sperrschicht zu überwinden.
+
+Dadurch sinkt die Durchlassspannung einer Siliziumdiode typischerweise um etwa $\qty{2}{\milli\volt\per\celsius}$.

contents/solutions/AC404.md

@@ -0,0 +1,7 @@
+Eine Kapazitätsdiode (Varicap) wird in Sperrrichtung betrieben. Dabei bildet die Sperrschicht die wirksame Kapazität.
+
+Steigt die angelegte Spannung, wird die Sperrschicht breiter und die Kapazität kleiner. 
+
+Sinkt die Sperrspannung, wird die Sperrschicht schmaler und die Kapazität größer (richtige Antwort).
+
+Das kann man sich durch die Kapazitätsformel eines Plattenkondensators erklären: $C = \varepsilon_0 \cdot \varepsilon_r \cdot \frac{A}{d}$, wobei $d$ die Dicke der Sperrschicht ist. Je größer $d$, desto kleiner die Kapazität $C$.

contents/solutions/AC405.md

@@ -0,0 +1,5 @@
+In der Schaltung liegen zwei Siliziumdioden antiparallel zum Ausgang. Dadurch begrenzen sie die Ausgangsspannung in beiden Richtungen.
+
+Solange die Spannung kleiner als etwa $\qty{0,6}{\volt}$ bleibt, sperren beide Dioden und das Signal erscheint nahezu unverändert am Ausgang. Wird die Spannung jedoch größer als die Durchlassspannung einer Siliziumdiode, leitet jeweils eine der beiden Dioden und begrenzt die Spannung auf etwa $\pm\qty{0,6}{\volt}$.
+
+Das Ausgangssignal wird daher oben und unten abgeschnitten wenn es größer als $\qty{0,6}{\volt}$ bzw. kleiner als $-\qty{0,6}{\volt}$ ist.

contents/solutions/AC406.md

@@ -0,0 +1,3 @@
+Die Schaltung enthält zwei antiparallel geschaltete Germaniumdioden. Diese begrenzen die Ausgangsspannung ähnlich wie bei Siliziumdioden, allerdings bereits bei einer kleineren Durchlassspannung von etwa $\qty{0,3}{\volt}$.
+
+Dadurch werden sowohl die positiven als auch die negativen Halbwellen früher abgeschnitten. Das Ausgangssignal wird also stärker begrenzt als bei Siliziumdioden.

contents/solutions/AC407.md

@@ -0,0 +1,3 @@
+Eine Fotodiode nutzt den photoelektrischen Effekt in einem Halbleiter. Trifft Licht auf den PN-Übergang, entstehen freie Ladungsträger und es kann ein elektrischer Strom fließen.
+
+Ein Fotowiderstand verändert dagegen nur seinen Widerstandswert und erzeugt selbst keinen Strom.

contents/solutions/AC408.md

@@ -0,0 +1,3 @@
+Ein Optokoppler besteht typischerweise aus einer LED und einem lichtempfindlichen Halbleiter, beispielsweise einem Fototransistor. Das Signal wird dabei über Licht übertragen.
+
+Dadurch sind Ein- und Ausgang elektrisch voneinander getrennt. Diese galvanische Entkopplung schützt Schaltungen vor Störungen, Ausgleichsströmen oder hohen Spannungen.