Diode
Die Kennlinie einer Diode kann in drei Bereiche eingeteilt werden: Durchlassbereich, Sperrbereich und Durchbruchbereich. Der Durchbruchbereich wird nicht behandelt. Auch der Leckstrom im Sperrbereich wird nicht thematisiert. Er liegt im μA-Bereich. Aufgrund der Sperrschicht kann erst ab einer kleinen Spannung im Durchlassbereich (die Schwellenspannung) eine Stromstärke gemessen werden. Wird die etwas größere Schleusenspannung erreicht, so nimmt die Stromstärke stark zu.
Die Kennlinien von Siliziumdioden und Germaniumdioden unterscheiden sich. Siehe z.B. Leifiphysik:
https://www.leifiphysik.de/elektronik/halbleiterdiode/versuche/aufnahme-der-diodenkennlinie
Germaniumdioden haben eine kleinere Schwellenspannung und die Schleusenspannung ist größer. Für den Anfangsunterricht ist daher der Einsatz von Siliziumdioden (z.B. 1N4148) sinnvoller. Didaktische Reduktion: Kein Strom bis zur Schwellenspannung, dann starker Stromstärkeanstieg.
Die Schüler sollen zuerst viel mit Dioden bzw. Leuchtdioden experimentieren. Danach werden die Eigenschaften mit einem Modell erklärt.
13. und 14. Stunde
Den Schülerinnen und Schülern wird eine Siliziumdiode gegeben. Sie erkennen einen Ring, der eine Seite der Diode kennzeichnet. Im Schülerversuch sollen sie herausfinden, welche Vereinbarung hinter der Kennzeichnung steckt. Anschließend wird die Kennlinie aufgenommen.
Ähnliche Versuche werden mit einer Leuchtdiode durchgeführt.
15. Stunde
Bildquelle: Lüfter von ZPG IMP [CC BY-SA 4.0 DE], aus 01_eui_unterricht.odt
Solarmotoren mit Propeller eignen sich gut um Wechselspannungen mit kleinen Frequenzen zu demonstrieren. Dazu wird ein Signalgenerator (Funktionsgenerator) mit einem Leistungsverstärker benötigt. Mit einem Messwerterfassungssystem kann die Eingangs- und Ausgangsspannung aufgezeichnet werden. Im Arbeitsblatt wird zuerst die Wechselspannung mit einer Diode bzw. LED gleich-gerichtet. Als Zusatz kann eine Brückenschaltung (Grätz-Schaltung) ohne oder mit Kondensator untersucht werden.
Bildquelle: Gleichrichtung mit einer LED von ZPG IMP [CC BY-SA 4.0 DE], aus 01_eui_unterricht.odt
16. Stunde
Bildquelle: Solarzelle von ZPG IMP [CC BY-SA 4.0 DE], aus 01_eui_unterricht.odt
Für die Erklärung der Diodeneigenschaften können z. B. die Materialien von Leifi Physik eingesetzt werden.
https://www.leifiphysik.de/elektronik/halbleiterdiode
Als Zusatz bietet sich die Untersuchung einer Fotodiode als Strahlungsdetektor oder einer Solarzelle (großflächige Fotodiode) als Spannungsquelle an.
Unterrichtsgang: Herunterladen [odt][1 MB]
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