Halfgeleiders
Een halfgeleiderdiode heeft een drempelspanning van 0,7 V. Zie grafiek.
De diode is in serie met een weerstand van 100 aangesloten op een voeding van 1,5 V in
doorlaatrichting.
a Bereken de stroomsterkte door de diode. De diode met weerstand kun je ook in sperrichting aansluiten op die voeding.
b Beschrijf waarom het ‘spereffect’ verloren kan gaan als de diode te veel in temperatuur stijgt.
Diode
Over een diode valt veel te vertellen. Hoe verder je komt met vraag b, des te meer punten levert het op. Ik stop met lezen zodra ik een fout tegen kom.
Een halfgeleiderdiode is aangesloten op een voeding. Zie de tekening met gegevens. A Bereken de stroomsterkte door de diode.
B Geef een toelichting bij de getekende karakteristiek van de gebruikte diode en een uitleg over de natuurkundige achtergronden daarvan.
A De diode staat in de doorlaatrichting.
Dus is de spanning over de diode 0,3 V volgens de grafiek. Over de weerstand staat dus 5,7 V en de stroom is 57 mA.
B Wat hier verwacht wordt is een opmerking over de sperrichting, de doorlaatrichting als de spanning boven de drempel van 0,3 V komt.
Als uitleg kun je over depletielaag, gaten- en elektronenoverschot, p- en n-type, recombinatie enz...enz... gaan praten. Maar s.v.p. geen onzin.
Doping
Per kubieke millimeter en bij kamertemperatuur zitten er in germanium 4,51019 atomen en
2,81010 elektron/gat-paren.
Er volgen twee vragen. hoe verder je met de beantwoording komt, des te meer punten kan het opleveren. Ik stop met lezen zodra ik een fout tegenkom.
a. Leg uit wat hieraan verandert, als we de temperatuur enigszins laten stijgen.
b. Leg uit wat er verandert als we één op de miljoen germaniumatomen vervangen door een galliumatoom.
METAALFILM
Een metaalfilm-weerstand is een dunne strook metaal met twee aansluitdraadjes. Als door een metaalfilm-weerstand een stroom loopt, wordt de weerstand warm.
Jij begrijpt natuurlijk waarom.
Als ik de metaalfilm vervang door een stukje halfgeleider met dezelfde weerstand, loop ik het risico dat hij kapot gaat.
NTC
Van een NTC is de (R,t)-grafiek opgemeten en hiernaast weergegeven.
a. Een NTC is halfgeleidermateriaal. Leg uit waarom de weerstand afneemt als de temperatuur stijgt.
b. Bepaal de waarde van de weerstand bij een temperatuur van 60 C.
De NTC is opgenomen is de getekende brugschakeling. In de brug is tussen P en Q een V-meter opgenomen.
VPQ = 0 V bij 17 C; RNTC(17) = 1,0 k .
c. Bepaal de waarde van R1.
De temperatuur gaat stijgen.
d. Leid af of de potentiaal van P groter wordt dan die van Q of juist kleiner.
Uitwerking:
a. Als de temperatuur stijgt, worden de elektronen van hun plaats 'gewipt'. Op dat moment ontstaat er een gat en een vrij elektron. Dit geeft extra geleidingsmogelijkheden, waardoor de weerstand afneemt. Bij stijgende temperatuur worden deze in hun beweginmgsvrijheid door het trillende rooster belemmerd, maar het toenemende aantal wint het van het
tegenwerkende rooster. b. 400 .
c. De voltmeter wijst 0 V aan. De verhouding van de spanningsdelers met P en Q in het 'midden' moet dan dezelfde zijn.
Daar 200 = 2·100 moet ook R1 = 2·RNTC = 2·1,0 k = 2,0 k.
d ls de temperatuur stijgt, neemt de weerstand van de NTC af. De waarde van de potentiaal van P verschuift daardoor naar de linker positieve kant.
De potentiaal van P neemt toe t.o.v. Q.
Een getallenvoorbeeld kan dit ondersteunen. Veronderstel dat de voeding een voeding is van 12 V en dat de negatieve kant geaard is, 0 V dus.
Veronderstel tevens dat de waarde van de NTC daalt van 1,0 k naar 500 .
De 12 V wordt eerst verdeeld in de verhouding 1:2 en dat betekent 4V : 8V; maar in de latere situatie in de verhouding 1:4 en dat betekent 2,4V : 9,6V.
