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NTC-Widerstand und Halbleiter einfach erklärt: Beispiele und Anwendung

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31.3.2021

Physik

Halbleiter-NTC/Heißleiter

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Physik

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Kräfte und ihre wirkungen

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Kräftegleichgewicht

NTC-Widerstand und Halbleiter einfach erklärt: Beispiele und Anwendung

NTC-Widerstände sind temperaturabhängige Halbleiter aus Silizium, deren Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt. Sie finden Anwendung in verschiedenen Bereichen wie Temperatursensoren und Feuermeldern. Die Dotierung von Halbleitern mit Fremdatomen beeinflusst ihre elektrischen Eigenschaften.

• NTC-Widerstände zeigen eine charakteristische Kennlinie mit abnehmendem Widerstand bei steigender Temperatur.
• Die Dotierung von Silizium mit Fremdatomen aus der III. oder V. Hauptgruppe erzeugt p- oder n-dotierte Halbleiter.
• Anwendungen von NTC-Widerständen reichen von Haushaltsgeräten bis zum Motorsport.

...

31.3.2021

1936

Halbleiter - Negative Temperature Coefficient Allgemein •Silizium 0 ما →→ 4 Außenelektronen LTV. Houpt gruppe Lo bekanntester & wichtigster

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Elektronenbewegung und Temperaturabhängigkeit

Die Bewegung der Elektronen im Siliziumgitter ist entscheidend für die Funktion von NTC-Widerständen. Gelöste Elektronen füllen die entstandenen Löcher wieder auf, was zu einem kontinuierlichen Prozess führt.

Example: Bei steigender Temperatur lösen sich mehr Elektronen aus den Bindungen, was zu einer erhöhten Leitfähigkeit und somit zu einem geringeren Widerstand führt.

Die Temperaturabhängigkeit des Widerstands lässt sich wie folgt zusammenfassen:

  • Je höher die Temperatur, desto mehr bewegliche Elektronen
  • Je höher die Temperatur, desto geringer der Widerstand

NTC-Widerstand Kennlinie: Die charakteristische Kurve eines NTC-Widerstands zeigt eine abnehmende Widerstandswerte bei steigender Temperatur.

Diese Eigenschaften machen NTC-Widerstände besonders geeignet für Temperaturmessungen und -regelungen in verschiedenen Anwendungsbereichen.

Halbleiter - Negative Temperature Coefficient Allgemein •Silizium 0 ما →→ 4 Außenelektronen LTV. Houpt gruppe Lo bekanntester & wichtigster

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Wichtige Zusammenhänge und Schaltzeichen

Bei NTC-Widerständen ist es wichtig, die Richtung des Stromflusses und die Bewegung der Ladungsträger zu verstehen:

  • Der Strom fließt von Plus zu Minus.
  • Die Elektronenlöcher wandern von Plus zu Minus.
  • Die Elektronen wandern von Minus zu Plus.

Highlight: Je höher die Temperatur, desto kleiner der Widerstand und desto größer die Stromstärke.

Die Zusammenhänge zwischen Temperatur, Widerstand und Stromstärke lassen sich wie folgt darstellen:

| Temperatur | Widerstand | Stromstärke | |------------|------------|-------------| | hoch | gering | hoch | | gering | hoch | gering |

NTC Schaltzeichen: Das Schaltzeichen für einen NTC-Widerstand ist ein Widerstandssymbol mit einem schrägen Pfeil, der die Temperaturabhängigkeit anzeigt.

Vocabulary: Dotierung - Der Prozess, bei dem gezielt Fremdatome in einen Halbleiter eingebracht werden, um dessen elektrische Eigenschaften zu verändern.

Die Dotierung von Silizium spielt eine wichtige Rolle bei der Verbesserung seiner Leitfähigkeit. Es gibt zwei Arten von Dotierungen:

  • n-Dotierung (mit Atomen der V. Hauptgruppe, z.B. Phosphor)
  • p-Dotierung (mit Atomen der III. Hauptgruppe, z.B. Bor)
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Dotierungen von Halbleitern

Die n-Dotierung und p-Dotierung sind zwei grundlegende Methoden zur Veränderung der elektrischen Eigenschaften von Halbleitern wie Silizium.

N-Dotierung:

  • Atome aus der V. Hauptgruppe (z.B. Phosphor) werden eingebracht.
  • Phosphor hat 5 Außenelektronen, wovon eines frei beweglich ist.
  • Das Phosphoratom ist positiv geladen, das freie Elektron negativ.
  • Insgesamt bleibt das dotierte Material elektrisch neutral.
  • Negative Elektronen sind die Ladungsträger.

Definition: Bei der n-Dotierung werden Fremdatome mit mehr Valenzelektronen als das Wirtsmaterial eingebracht, wodurch zusätzliche freie Elektronen entstehen.

P-Dotierung:

  • Atome aus der III. Hauptgruppe (z.B. Bor) werden eingebracht.
  • Bor hat 3 Außenelektronen, es fehlt also ein Elektron zur vollständigen Bindung.
  • Das Boratom ist negativ geladen, das fehlende Elektron hinterlässt ein positives "Loch".
  • Auch hier bleibt das Material insgesamt elektrisch neutral.
  • Positive Löcher sind die Ladungsträger.

Definition: Bei der p-Dotierung werden Fremdatome mit weniger Valenzelektronen als das Wirtsmaterial eingebracht, wodurch "Löcher" als positive Ladungsträger entstehen.

Highlight: Die Dotierung ermöglicht es, die elektrischen Eigenschaften von Halbleitern gezielt zu beeinflussen und sie für spezifische Anwendungen zu optimieren.

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Anwendungsbereiche und Quellen

NTC-Widerstände finden in verschiedenen Bereichen Anwendung:

  • Temperatursensoren in Haushaltsgeräten
  • Feuermelder
  • Motorsport
  • Lebensmittelproduktion

NTC Anwendung: In Kraftfahrzeugen werden NTC-Widerstände häufig zur Temperaturüberwachung des Kühlmittels oder des Motoröls eingesetzt.

Diese vielfältigen Einsatzmöglichkeiten zeigen die Bedeutung von NTC-Widerständen in der modernen Technik und Industrie.

Quote: "Silizium ist bei Raumtemperatur ein schlechter Leiter. Fremdstoffe können dies ändern."

Quellen:

  • Elektronik-Kompendium (Stand: 13. März 2024)
  • Universum Physik Baden-Württemberg 9/10; 1. Auflage 2018; Seite 154/155

Diese Quellen bieten weiterführende Informationen für diejenigen, die tiefer in die Thematik der Halbleiter und NTC-Widerstände eintauchen möchten.

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NTC-Widerstände sind temperaturabhängige Halbleiter aus Silizium, deren Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt. Sie finden Anwendung in verschiedenen Bereichen wie Temperatursensoren und Feuermeldern. Die Dotierung von Halbleitern mit Fremdatomen beeinflusst ihre elektrischen Eigenschaften.

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Elektronenbewegung und Temperaturabhängigkeit

Die Bewegung der Elektronen im Siliziumgitter ist entscheidend für die Funktion von NTC-Widerständen. Gelöste Elektronen füllen die entstandenen Löcher wieder auf, was zu einem kontinuierlichen Prozess führt.

Example: Bei steigender Temperatur lösen sich mehr Elektronen aus den Bindungen, was zu einer erhöhten Leitfähigkeit und somit zu einem geringeren Widerstand führt.

Die Temperaturabhängigkeit des Widerstands lässt sich wie folgt zusammenfassen:

  • Je höher die Temperatur, desto mehr bewegliche Elektronen
  • Je höher die Temperatur, desto geringer der Widerstand

NTC-Widerstand Kennlinie: Die charakteristische Kurve eines NTC-Widerstands zeigt eine abnehmende Widerstandswerte bei steigender Temperatur.

Diese Eigenschaften machen NTC-Widerstände besonders geeignet für Temperaturmessungen und -regelungen in verschiedenen Anwendungsbereichen.

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Wichtige Zusammenhänge und Schaltzeichen

Bei NTC-Widerständen ist es wichtig, die Richtung des Stromflusses und die Bewegung der Ladungsträger zu verstehen:

  • Der Strom fließt von Plus zu Minus.
  • Die Elektronenlöcher wandern von Plus zu Minus.
  • Die Elektronen wandern von Minus zu Plus.

Highlight: Je höher die Temperatur, desto kleiner der Widerstand und desto größer die Stromstärke.

Die Zusammenhänge zwischen Temperatur, Widerstand und Stromstärke lassen sich wie folgt darstellen:

| Temperatur | Widerstand | Stromstärke | |------------|------------|-------------| | hoch | gering | hoch | | gering | hoch | gering |

NTC Schaltzeichen: Das Schaltzeichen für einen NTC-Widerstand ist ein Widerstandssymbol mit einem schrägen Pfeil, der die Temperaturabhängigkeit anzeigt.

Vocabulary: Dotierung - Der Prozess, bei dem gezielt Fremdatome in einen Halbleiter eingebracht werden, um dessen elektrische Eigenschaften zu verändern.

Die Dotierung von Silizium spielt eine wichtige Rolle bei der Verbesserung seiner Leitfähigkeit. Es gibt zwei Arten von Dotierungen:

  • n-Dotierung (mit Atomen der V. Hauptgruppe, z.B. Phosphor)
  • p-Dotierung (mit Atomen der III. Hauptgruppe, z.B. Bor)
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Dotierungen von Halbleitern

Die n-Dotierung und p-Dotierung sind zwei grundlegende Methoden zur Veränderung der elektrischen Eigenschaften von Halbleitern wie Silizium.

N-Dotierung:

  • Atome aus der V. Hauptgruppe (z.B. Phosphor) werden eingebracht.
  • Phosphor hat 5 Außenelektronen, wovon eines frei beweglich ist.
  • Das Phosphoratom ist positiv geladen, das freie Elektron negativ.
  • Insgesamt bleibt das dotierte Material elektrisch neutral.
  • Negative Elektronen sind die Ladungsträger.

Definition: Bei der n-Dotierung werden Fremdatome mit mehr Valenzelektronen als das Wirtsmaterial eingebracht, wodurch zusätzliche freie Elektronen entstehen.

P-Dotierung:

  • Atome aus der III. Hauptgruppe (z.B. Bor) werden eingebracht.
  • Bor hat 3 Außenelektronen, es fehlt also ein Elektron zur vollständigen Bindung.
  • Das Boratom ist negativ geladen, das fehlende Elektron hinterlässt ein positives "Loch".
  • Auch hier bleibt das Material insgesamt elektrisch neutral.
  • Positive Löcher sind die Ladungsträger.

Definition: Bei der p-Dotierung werden Fremdatome mit weniger Valenzelektronen als das Wirtsmaterial eingebracht, wodurch "Löcher" als positive Ladungsträger entstehen.

Highlight: Die Dotierung ermöglicht es, die elektrischen Eigenschaften von Halbleitern gezielt zu beeinflussen und sie für spezifische Anwendungen zu optimieren.

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Anwendungsbereiche und Quellen

NTC-Widerstände finden in verschiedenen Bereichen Anwendung:

  • Temperatursensoren in Haushaltsgeräten
  • Feuermelder
  • Motorsport
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NTC Anwendung: In Kraftfahrzeugen werden NTC-Widerstände häufig zur Temperaturüberwachung des Kühlmittels oder des Motoröls eingesetzt.

Diese vielfältigen Einsatzmöglichkeiten zeigen die Bedeutung von NTC-Widerständen in der modernen Technik und Industrie.

Quote: "Silizium ist bei Raumtemperatur ein schlechter Leiter. Fremdstoffe können dies ändern."

Quellen:

  • Elektronik-Kompendium (Stand: 13. März 2024)
  • Universum Physik Baden-Württemberg 9/10; 1. Auflage 2018; Seite 154/155

Diese Quellen bieten weiterführende Informationen für diejenigen, die tiefer in die Thematik der Halbleiter und NTC-Widerstände eintauchen möchten.

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Grundlagen der Halbleiter und NTC-Widerstände

Silizium ist der bekannteste und wichtigste Halbleiter mit vier Außenelektronen. Bei Stromfluss lösen sich Elektronen aus den Elektronenpaar-Bindungen und leiten den Strom. Die Leitfähigkeit hängt von der Temperatur ab, wobei ein höherer Wärmezustand zu einem geringeren Widerstand führt.

Definition: Ein NTC-Widerstand (Negative Temperature Coefficient) ist ein Halbleiterbauelement, dessen elektrischer Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt.

Highlight: Je höher die Temperatur, desto mehr bewegliche Elektronen sind vorhanden, was zu einem geringeren Widerstand führt.

Vocabulary: Elektronenpaar-Bindung - Eine chemische Bindung, bei der sich zwei Atome ein Elektronenpaar teilen.

Das Siliziumgitter spielt eine zentrale Rolle bei der Funktion von NTC-Widerständen. Wenn Strom angeschlossen wird, lösen sich Elektronen aus den Bindungen und werden vom Pluspol angezogen, wodurch positive Elektronenlöcher entstehen.

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