Diode

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Allgemeine Diode[Bearbeiten]

Die Bezeichnung Diode wurde ursprünglich für Elektronenröhren mit zwei Elektroden verwendet, später für das Halbleiter-Bauteil mit dem selben elektrischen Verhalten. "Di" wegen zwei und "ode" vermutlich wegen Elektrode, auch wenn bei Wikipedia was anderes steht (Es gibt bei den Elektronenröhren z. B. auch Trioden mit drei oder Pentoden mit fünf Elektroden).

Eine Diode sperrt den Stromfluss in einer Richtung und erlaubt ihn in der anderen. Als diskretes Bauteil besitzen Halbleiterdioden i.d.R. einen aufgedruckten Ring, der die Kathode kennzeichnet. Liegt an diesem Anschluss eine negativere Spannung als an der Anode, ist die Diode in Durchlassrichtung geschaltet, d.h. sobald die Durchlass-Spannung überschritten wird, setzt der Stromfluss ein. Bei der umgekehrten Polarität sperrt die Diode den Stromfluss.

Beim Betrieb von Dioden sind insbesondere drei wichtige Kenngrößen zu beachten:

  • max. Durchlassstrom in Durchlassrichtung,
  • max. Sperrspannung in Sperrrichtung und
  • größte zulässige Verlustleistung aufgrund des Spannungsabfalls in Durchlassrichtung.

Das Überschreiten der zulässigen Grenzwerte führt zur Überlastung der Diode.

Dioden werden in elektronischen Schaltungen sehr häufig und zu ganz unterschiedlichen Zwecken eingesetzt, z. B.

  • zur Gleichrichtung,
  • als Spannungsreferenz (siehe auch Z-Diode),
  • als elektrisch veränderliche Kapazität (Varaktor), oder
  • zum Schutz gegen falsche Polung und Überspannung (Beispiel: Freilaufdiode).

Dioden mit der letzteren Funktion sind heute auch oft in ICs wie Mikrocontrollern integriert und helfen, die Ein- und Ausgangs-Pins dieser teilweise sehr teuren Bauelemente vor moderater Fehlbehandlung und elektrischen Entladungen (ESD) zu schützen.

Eine Sonderform der Dioden sind LEDs, die elektrisch zwar auch Diodenverhalten besitzen, deren eigentlicher Zweck aber die Erzeugung von sichtbarem oder infrarotem Licht ist.

Z-Diode[Bearbeiten]

Dieses auch Zener-Diode genannte Bauteil ist eine spezielle Variante der Halbleiter-Diode, die produktionstechnisch so ausgelegt ist, dass sie nach Überschreiten der Durchbruchspannung unbeschadet einen bestimmten Strom in Sperrrichtung aushalten kann.

Halbleiter haben grundsätzlich die Eigenschaft, ab einer bestimmten Schwellspannung einen Stromfluss zu ermöglichen, was auch bei Z-Dioden der Fall ist. Sie sind damit wie normale Siliziumdioden verwendbar. In Sperrichtung können sie aber nicht so hohe negative Spannungen sperren (→ Durchbruch- oder Sperrspannung), besitzen dafür aber eine besonders scharf definierte Durchbruchspannung, die einen abrupten Stromfluss ermöglicht. Dieser Effekt wird nach dem Entdecker Zener-Effekt genannt und ist bis ca. 5 V dominierend. Danach überwiegt der Lawineneffekt. Beide sind ähnlich. Z-Dioden unterhalb ca. 6,5V haben eine eher weiche Kennlinie, der Knick ist schwächer ausgebildet. Diese Effekte treten auch bei Leuchtdioden und Diodenstrecken in Transistoren auf, sind dort aber nicht der angestrebte Arbeitspunkt, da dies zur Zerstörung der Bauteile führt.

Die Durchbruchspannung – auch Z-Spannung genannt – kann zur Spannungsstabilisierung verwendet werden und ist bei diesem Diodentyp der normale Arbeitspunkt. Als Spannungsreferenz sind Band-Gap-Referenzen einer Z-Diode wegen ihrer Temperatur-Drift von 20mV/K vorzuziehen. Z-Dioden werden neben der Anwendung zur Spannungsstabilisierung auch gerne als Spannungsbegrenzer in einem Pegelwandler eingesetzt. Beispiel: RS232-Pegel => TTL-Pegel (+-15V => 5.6V/-0.6V), das sind zwar die Maximalwerte von typischen Logik-Eingängen, funktioniert aber meist tadellos. Z-Dioden müssen immer mit einer Strombegrenzung betrieben werden, praktisch ist das meist ein Vorwiderstand.

Die Spannung von Z-Dioden unterhalb von 5V ist stark vom Strom abhängig und die Nennspannung wird je nach Typ bei unterschiedlichem Strom spezifiziert, so dass bei verschiedenen 3,3V Typen in gleicher Schaltung recht verschiedene Spannungen auftreten können.

Suppressordiode[Bearbeiten]

Dabei handelt es sich um spezielle Z-Dioden, welche durch ihre Konstruktion in der Lage sind, sehr hohe Pulsströme für kurze Zeit auszuhalten, je nach Typ zwischen 600-5000W. Sie werden als Schutzbauelemente gegen Überspannungen an Stromversorgungsleitungen oder Signalleitungen verwendet. Nachteilig ist die teilweise hohe Kapazität dieser Dioden, welche bei niedrigen Spannungen mehrere Nanofarad betragen kann. Allerdings gibt es mehr und mehr Typen, welche trotz hoher Pulsbelastbarkeit eine sehr geringe Kapazität haben und damit direkt zum Schutz von hochfrequenten Signalleitungen genutzt werden können.

Avalanchediode[Bearbeiten]

Avalancedioden sind praktisch wie Z-Dioden. Durch diese Eigenschaft kann man Avalancedioden ohne zusätzliche Symetrierungsmaßnahmen in Reihe schalten. Dioden mit weniger Sperrstrom weden dabei mit etwas mehr Sperrspannung belastet und zwar so weit, dass der einsetzende Avalanchestrom genau dem Sperrstrom der anderen Dioden entspricht.

Siehe auch[Bearbeiten]

  • Dioden-Übersicht
  • Forumsbeitrag: Präzisions-Z-Diode zur Symetrierung von Akkus in Reihenschaltung (Balancer)
  • Forumsbeitrag: Verbessere Version mit 0,1mA Leerlaufstrom (Tippfehler im Beitrag, es muss TLV431 heißen)
  • Forumsbeitrag: Aktive Nachbildung einer HV-Z-Diode, Linearregler für 2kV/2µA
  • Forumsbeitrag: Nachbildung einer Leistungs Z-Diode mittels Transistor

Weblinks[Bearbeiten]