aktive Bauteile

Diode

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Von jeder Bauteilgruppe gibt es verschiedene Typen. Das ist auch bei Dioden der Fall. Es gibt Zehner-Dioden (Suppressordioden, gehören zur Gruppe der Avalanche-Dioden), Stromregeldioden (was eigentlich nicht wirklich eine Diode ist, sondern eine integrierte Schaltung), Leucht-Dioden, Schottky-Dioden, Schutz-Dioden, Kapazitäts-Dioden, Silizium-Dioden, Germanium-Dioden, Photo-Dioden - und vermutlich weitere (sprachbegrifflliche Konstruktionen).

Lassen Sie sich nicht von diesen vielen Begriffen beindrucken. Denn alles sind auch "nur" Dioden :-) Die kochen sozusagen auch alle nur mit Wasser - ähh mit Strom :-). Dioden können nach Ihrer Bauart, bzw. nach dem Baumaterial (Germanium, Silizium) oder auch nach Ihrer Eigenschaft (Zehnerdiode, Schottydiode, Photodiode....) eingestuft werden.

Die Diode ist ein sog. aktives Bauteil. Das bedeutet, dass dieses Bauteil eine verstärkende und/oder steuernde Wirkung eines Signales hat. Meist bestehend aus Silizium, und hat grundsätzlich die Eigenschaft, Strom nur in eine Richtung fliessen zu lassen. Natürlich gibt es auch Aussnahmen (dazu später mehr). Wenn der Strom durchfliesst, spricht man davon, dass die Diode in (Durch)Flussrichtung betrieben wird. Die beiden Anschlüsse der Diode werden als Kathode und Anode bezeichnet.

Bild oben: der Prinzipaufbau einer Diode Bild oben: Bauformen versch. Dioden.  Bild oben: Schaltzeichen Diode. Darunter zum Vergleich eine Diode, der "Strich" ist die Kathode.

Bei Dioden gibt es verschiedene Dinge zu beachten, damit eben die Diode ein möglichst langes Leben hat, und Ihre Dienste auch mit guter Effektivität ausüben kann. Denn es sich um "Halbleiter" handelt (Bauteile, die eben nicht sehr gut und nicht sehr schlecht leiten, wobei diese (alte) Aussage heute nur noch bedingt korrekt ist)).

Mit Formeln wird üblicherweise bei der Berechnung von Dioden eher nicht bis nur sehr selten gearbeitet. Um eine Diode zu einer Schaltung auswählen zu können, müssen natürlich elektrische Werte bekannt sein. Eine Diode kann nur einen bestimmten Strom (ID, Strom in Durchlassrichtung) vertragen. Wird eine Diode auch in Sperrichtung betrieben - z.B. in einer Gleichrichterschaltung, so muss die Sperrspannung (UR, Spannung in Reversebetrieb) beachtet werden. Weiter ist die Flusspannung an der Diode (UF) zu beachten. Dabei handelt es sich um die Spannung, die in Flussrichtung auf die Diode abfällt, wobei es sich regelmässig um Spannungen im Bereich von 1 Volt und weniger handelt. Auch eine Diode hat einen Widerstand, und zwar den Bahnwiderstand (RB). Dabei handelt es sich um den ohmschen Widerstand des Halbleitermaterials der Diode.

Den (ohmschen) Widerstand einer Diode könnte man auch (nach dem ohmschen Gesetz) berechnen.....

.....Widerstand (Formelzeichen R für engl. Resistor, in Ohm)

gleich.....

.....Spannung (Formelzeichen U für lat. ugure, in Volt)

.....geteilt durch......

.....Strom (Formelzeichen I für Intensität, in Ampere).

Das Ergebnis der Berechnung ist der Widerstand (Formelzeichen R, in Ohm).

Formel: R = U / I   ( Widerstand  = Spannung durch Strom ).

Beispiel Widerstandsberechnung der Diode: an einer Diode fällt die UF von 0,7 V ab, und es fliesst ein Strom von sagen wir 3,5 A. Dann beträgt der Widerstand 0,7 V / 3,5 A = 0,2 Ohm.

Ergänzung Leistung, Verlustleitung: an der Diode darf natürlich nur eine begrenzte Leistung "verbraten" werden, denn sie kann ja nicht beliebig viel Leistung abführen. Leistung P ist Spannung U mal Strom I, macht also dann 0,7 V mal 3,5 A = 2,45 Watt.

Wichtig ist weiterhin noch die zulässige Frequenz, mit der die Diode betrieben werden darf. Übliche Dioden sind sog. Gleichrichterdioden, jedoch nur für Netzfrequenz bis hin zu wenigen hundert Herz. Soll eine Gleichrichtung in Hochfrequenzanwendungen (z.B. Schaltnetzteil SMPS, Switch Mode Power Supply) realisiert werden, sind entsprechende Eigenschaften der Diode erforderlich. Eine "normale" Gleichrichterdiode würde in einer solchen Schaltung, in der Frequenzen oberhalb von 20.000 Herz (20 kHz) eingesetzt werden, schnell zerstört werden, und im übrigen dort auch einen schlechten Wirkungsgrad haben.

Abschliessend sei hier noch die Diodenkapazität (CD) erwähnt, welche in aller Regel - bis auf wenige Ausnahmen - nicht von großer Bedeutung ist.

Nun Diagramme zum Bauteil.

aktuell kein Bild
Bild oben: Kennlinie Bild oben:

Erläuterung zu der Kennlinie; in Flussrichtung (normaler Betrieb einer Diode) fällt wenig Spannung auf die Diode ab, und der Betrieb ist unkritisch. In Sperrichtung, z.B. beim Betrieb als Gleichrichterdiode an einer Wechselspannung, kann die Diode nur eine bestimmte - hier ca. 70 V - Sperrspannung verkraften, ehe sie "durchbricht" und damit zerstört wird.

Wird also eine Diode in Sperrichtung (also Plus an Anode, Minus an Kathode (der Strich ist Kathode)) betrieben, so darf die anliegende Spannung nicht höher sein, als die zulässige Sperrspannung UR.

So, weiter möchte ich dieses Thema "Diode" hier in den Grundlagen nicht ausführen :-)