Potential im IC

12 views
Skip to first unread message

Johannes Koehler

unread,
Jan 8, 2022, 2:04:25 PMJan 8
to
Hi!

Farad Thread... Wie gewünscht neuer Thread wegen den Halbleiterfragen.
(lese den Thread aber nochmal -> bzgl. aufbauender Diskussion...)

Neue Fragen... Der Begriff Potential in Halbleiter Schaltungen.
In meinem Verständnis ist der Begriff im Zusammenhang mit den
Elektronen und Löchern und dem Stromfluß im Leiter mit Halbleiter-
bauelementen entstanden: Der Löcherstrom läuft gegen den Elektronenstrom
und das höhere Potential bedeutet welche der beiden (im momentanen
Schaltungsteil mit gleichem Potential bzw. im Leiter in Bezug auf eine
LE z.B.) der mächtigere Strom ist. Ein Potential bezieht sich damit
auch auf Quelle und Senke als Teilschaltungen der Gesamtschaltung
da z.B. ein Halbleiterbauelement eine Senke definieren kann die
das Potential kippt...
als Betrag...-> |positiver Löcherstrom Ladungen bei 1LE| = n * |negativen
Elektronenstrom Ladungen bei 1LE| mit n <> 1

In der Literatur wird der Begriff Potential dann auch verwendet
als momentaner Phasenwert der Spannung am frequenzmodulierten
Strom den ich mit dem Oszilloskop analysieren kann.

aber... R.Paul schreibt
"eine Potentialschwelle entsteht an der Grenzfläche zwischen zwei Gebieten
mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften"

Im Phasenwert am Oszilloskop wird - soweit ich das theoretisch
verstanden hab - die momentane Phasenspannung gemesen und kein getrennter
Löcher-/Elektronenstrom... Damit wäre ein Potentialanstieg im
Bezug zu einer Spannung.

Kann man mit dem Oszilloskop auch Löcher und Elektronenstrom
trennen?

2... Transistorenschaltsymbole. Für den unipolaren Transistor wird
das Schaltsymbol K verwendet mit einem Pfeil vom Emitter zur Basis
oder Basis nach Emitter. Welche der beiden Pfeilrichtungen definiert
dann den PNP Transistor. In R.Paul wird der PNP mit der Pfeilrichtung auf
die Basis definiert. In der Theorie, dann, bezieht sich die Pfeilrichtung
in Transistorgrundschaltungen auf die Richtung des Löcherstroms. Dieser sollte
doch im PNP Transistor von der Basis wegführen, weil die PN-Schicht
Elektronen fließen lässt und N als Basis somit Löcher "abließen" lässt.

3... Was bedeutet "offen" bei Kollektor und Emitter, da man es scheinbar
nicht mit open drain verwechseln darf.

thx, und ack das ich mir Mühe gebe das meine Postings nicht nur
Selbstzweck sind... Daher lese ich den alten Thread auch nochmal.

- kefko

Thomas 'PointedEars' Lahn

unread,
Jan 8, 2022, 3:41:06 PMJan 8
to
Johannes Koehler wrote:

> Neue Fragen... Der Begriff Potential in Halbleiter Schaltungen.
> In meinem Verständnis ist der Begriff im Zusammenhang mit den
> Elektronen und Löchern und dem Stromfluß im Leiter mit Halbleiter-
> bauelementen entstanden: Der Löcherstrom läuft gegen den Elektronenstrom
> und das höhere Potential bedeutet welche der beiden (im momentanen
> Schaltungsteil mit gleichem Potential bzw. im Leiter in Bezug auf eine
> LE z.B.) der mächtigere Strom ist.

Nein.

Das elektrische Potential ist ein Mass für die Arbeit je Ladung, die
verrichtet werden muss, um eine Ladung von einem Referenzpunkt aus in
einem elektrischen Feld zu verschieben:

φ(r) = W_{ref→r}/q = −1/q ∫_ref^r ds · F(s) = −∫_ref^r ds · E(s).

> In der Literatur wird der Begriff Potential dann auch verwendet
> als momentaner Phasenwert der Spannung am frequenzmodulierten
> Strom den ich mit dem Oszilloskop analysieren kann.

Die Spannung zwischen zwei Orten r₁ und r₂ ist definiert als die
Potentialdifferenz zwischen ihnen. Sie entspricht damit der Arbeit, die je
Ladung geleistet werden muss, um eine Ladung von r₁ nach r₂ zu verschieben:

U(r₁, r₂) = φ(r₂) − φ(r₁)
= −∫_ref^r₂ ds · E(s) − [−∫_ref^r₁ ds ­· E(s)]
= ∫_r₂^ref ds · E(s) + ∫_ref^r₁ ds · E(s)
= ∫_r₂^r₁ ds · E(s)
= −∫_r₁^r₂ ds · E(s)
= W_{r₁→r₂}/q.

> aber... R.Paul schreibt
> "eine Potentialschwelle entsteht an der Grenzfläche zwischen zwei Gebieten
> mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften"

Das ergibt (nun hoffentlich auch für Dich) Sinn.


PointedEars
--
A neutron walks into a bar and inquires how much a drink costs.
The bartender replies, "For you? No charge."

(from: WolframAlpha)

Johannes Koehler

unread,
Jan 8, 2022, 4:01:59 PMJan 8
to
On 2022-01-08, Stefan Ram <r...@zedat.fu-berlin.de> wrote:
> Man sieht dann, daß man die Spannungsmeßergebnisse auch dadurch
> erklären kann, daß man jedem der drei Punkte einen Zahlenwert
> zuordnet und annimmt, daß sich die Spannungen jeweils als
> Differenzen dieser Zahlen ergeben:
>
> A 10
> B 20
> C 30
>
> . B-A = 10. C-B=10. A-C=-20. Diese Werte sind aber durch die
> Spannungsmessungen nicht eindeutig definiert, denn man könnte
> auch noch eine Konstante zu allen drei Werten addieren, wodurch
> sich die Differenzen nicht ändern würden. Solche Werte werden
> manchmal auch als "Potentiale" bezeichnet.
> [...]

Mit diesen "Konstanten" könnte man das Potential dann grundsätzlich
anheben nach meiner Logik.

Im Gleichstrom mit kostantem von der Quelle ausgehenden Potential
(im Gegensatz zum Wechselstrom der das Potential mit der Phase ändert)
wäre diese Differenz - delta zwischen den Punkten, die Potentialveränderung
durch die Schaltungselemente? Im Wechselstrom wäre das delta dann
abhängig von der Phase und Frequenz? Sozusagen eine
Differentialgleichung die aus den Paaren die Punkte macht?

Nur... Es können im Wechselstrom durch Halbleiter auch Phasenverschiebungen
passieren, dann wäre die Messung zwischen den Punkten falsch...
Kann man das so verstehen?

Um Wiederum dann noch das Verhältnis Elektronen und Löcher
einzubeziehen (in das Potential) wäre dieses Verhältnis dann ein
Spannungs_potential_ zwischen dem Löcher- und Elektronenstrom
und kein Verhältnis des Stroms (Ampere) zwischen Löcher und
Elektronenstrom... D.h. das Potential bezieht sich ausschließlich
auf die Spannung?

Man könnte es nämlich auch so deuten das es sich auf den Strom bezieht:
Dabei hatte ich mich gefragt wie man das mit dem Löcherstrom und Elektronenstrom
im Bezug zum Potenzial verstehen kann da beide Ströme sowohl auf + und -
fließen können, und ein Halbleiter das Potenzial scheinbar kippen kann.
Sozusagen kann zB ein Transistor die Richtung in die der Löcherstrom gegen
den Elektronenstrom gerade fließt, umdrehen. Somit würde er aber nach dem
Modell oben die Spannungspole damit auch umdrehen und nicht nur das
Strompotential verändern?

- kefko

Thomas Heger

unread,
Jan 9, 2022, 3:35:35 AMJan 9
to
Am 08.01.2022 um 20:43 schrieb Stefan Ram:

> . Dabei nehme ich zur Vereinfachung konstante Spannungen und
> ein ideales Spannungsmeßgerät an, das die Spannungen bei der
> Messung nicht verändert.
>
> Man sieht dann, daß man die Spannungsmeßergebnisse auch dadurch
> erklären kann, daß man jedem der drei Punkte einen Zahlenwert
> zuordnet und annimmt, daß sich die Spannungen jeweils als
> Differenzen dieser Zahlen ergeben:
>
> A 10
> B 20
> C 30
>
> . B-A = 10. C-B=10. A-C=-20. Diese Werte sind aber durch die
> Spannungsmessungen nicht eindeutig definiert, denn man könnte
> auch noch eine Konstante zu allen drei Werten addieren, wodurch
> sich die Differenzen nicht ändern würden. Solche Werte werden
> manchmal auch als "Potentiale" bezeichnet.
>
> Sie erlauben es uns praktisch (bis auf eine Konstante) aus
> einer Eigenschaft von /Paaren/ von Punkten eine Eigenschaft
> /einzelner Punkte/ zu machen.
>

Das wäre ein Fehler, da mit 'Potential' die Differenz von einem Punkt zu
einem Refenzpunkt gemeint ist und nicht die Eigenschaft eines Punktes.

Potentiale sind demnach 'relativ' und es macht keinen Sinn ein Potential
ohne Bezug anzugeben.

TH



Hans-Peter Diettrich

unread,
Jan 9, 2022, 10:02:32 AMJan 9
to
On 1/8/22 10:01 PM, Johannes Koehler wrote:
> Im Gleichstrom mit kostantem von der Quelle ausgehenden Potential

Strom hat kein Potential.

Ein Potential kann sinnvollerweise nur gegenüber einer Bezugsspannung
angegeben werden.

DoDi

Hans-Peter Diettrich

unread,
Jan 9, 2022, 10:02:33 AMJan 9
to
On 1/8/22 8:04 PM, Johannes Koehler wrote:

> In der Theorie, dann, bezieht sich die Pfeilrichtung
> in Transistorgrundschaltungen auf die Richtung des Löcherstroms.

Die *technische* Stromrichtung von + nach - stammt nicht von
Halbleitern, hat sich einfach nur in der Elektr(on)ik weitgehend
eingebürgert.


> 3... Was bedeutet "offen" bei Kollektor und Emitter, da man es scheinbar
> nicht mit open drain verwechseln darf.

Beim offenen Ausgang stellt ein Schaltelement eine Verbindung mit dem
Bezugspotential (Masse, Gnd...) her, eine Verbindung zur
Versorgungsspannung muß extern hinzugefügt werden. Damit können mehrere
solcher Ausgänge zusammengeschaltet werden (Bus...) oder mit anderer
Spannung betrieben werden.

DoDi

Sebastin Wolf

unread,
Jan 9, 2022, 10:16:36 AMJan 9
to
Am 09.01.2022 um 15:36 schrieb Hans-Peter Diettrich:

> Ein Potential kann sinnvollerweise nur gegenüber einer Bezugsspannung
> angegeben werden.

Ganz sicher nicht.

Sebastin Wolf

unread,
Jan 9, 2022, 10:19:05 AMJan 9
to
Am 09.01.2022 um 15:37 schrieb Hans-Peter Diettrich:

> Die *technische* Stromrichtung von + nach - stammt nicht von
> Halbleitern, hat sich einfach nur in der Elektr(on)ik weitgehend
> eingebürgert.

Sie stammt aus der Galvanik, aus Zeiten bevor Atome bekannt waren.

Carla Schneider

unread,
Jan 10, 2022, 3:17:58 AMJan 10
to
Das sind Potentialdifferenzen.
Der Begriff Potential stammt aus der Mathematik:
https://de.wikipedia.org/wiki/Potentialtheorie
In der Elektrostatik ist das elektrische Feld ein solches wirbelfreies
Vektorfeld, in der Elektrodynamik nicht mehr.

Thomas Heger

unread,
Jan 11, 2022, 1:41:23 AMJan 11
to
Ja aber doch bitte von Potential gegenüber irgendwas.

Potential ohne Bezug ergibt einfach überhaupt keinen Sinn!



TH

Carla Schneider

unread,
Jan 11, 2022, 8:20:04 AMJan 11
to
Man kann als Bezug nehmen was man will,
die Potentaldifferenzen aendert das nicht.

Thomas Heger

unread,
Jan 12, 2022, 2:09:13 AMJan 12
to
Am 11.01.2022 um 21:07 schrieb Stefan Ram:
> Carla Schneider <carl...@yahoo.com> writes:
>> Man kann als Bezug nehmen was man will,
>> die Potentaldifferenzen aendert das nicht.
>
> In der Elektrotechnik bezeichnet man das Potential des
> leitfähigen Erdreichs oft als "Erde" und verwendet es als
> Bezugspotential. In Flug- und Raumfahrzeugen, den Rumpf.


Damit bin ich ja auch einverstanden.

Aber ein Potential ohne einen Bezug wäre eine sinnlose Größe.


> In der theoretischen Physik kann man die Stärke des
> elektromagnetischen Feldes durch eine 2-Differentialform F
> beschreiben, die als vermittels F=dA aus einem
> Vektorpotential A hervorgeht, welches nur bis auf eine
> Eichtransformation A → A + dΛ bestimmt ist.
>
>

Carla Schneider

unread,
Jan 13, 2022, 2:41:07 PMJan 13
to
Thomas Heger wrote:
>
> Am 11.01.2022 um 21:07 schrieb Stefan Ram:
> > Carla Schneider <carl...@yahoo.com> writes:
> >> Man kann als Bezug nehmen was man will,
> >> die Potentaldifferenzen aendert das nicht.
> >
> > In der Elektrotechnik bezeichnet man das Potential des
> > leitfähigen Erdreichs oft als "Erde" und verwendet es als
> > Bezugspotential. In Flug- und Raumfahrzeugen, den Rumpf.
>
> Damit bin ich ja auch einverstanden.
>
> Aber ein Potential ohne einen Bezug wäre eine sinnlose Größe.

Ein Potential ist sowas wie ein unbestimmtes Integral, d.h.
es gibt unendlich viele Loesungen die nur durch die Addition von
unterschiedlichen konstanten Funktionen entstehen.
Differenziert nach den drei Raumrichtungen geben sie alle das gleiche
elektrische Feld.

Thomas Heger

unread,
Jan 15, 2022, 2:58:48 PM (13 days ago) Jan 15
to
Ein Potential ist kein Integral, sondern ein physikalisches Phänomen,
welches man mit einem Integral beschreiben kann.

Bevor man sich aber an die Mathematik macht, sollte man definieren,
welches physikalische Phänomen man eigentlich beschreiben will.


TH
Reply all
Reply to author
Forward
0 new messages