Hi, wenn man eine normale Gleichrichterdiode über ihre Sperrspannung betreibt, bricht sie ja irgendwann durch, wie eine Zener. Ich frag mich gerade, ob man sie auch generell im (kalten) Durchbruch auf Dauer wie eine Zener betreiben kann oder passiert da was - natürlich unter Beachtung der Verlustleistung, also mit kleinen Strömen? Im Datenblatt findet man ja keine Angabe zum max. zulässigen Reversstrom bei Durchbruch oder?
@ batman (Gast) >wenn man eine normale Gleichrichterdiode über ihre Sperrspannung >betreibt, bricht sie ja irgendwann durch, Ja. > wie eine Zener. Nein! >Ich frag mich >gerade, ob man sie auch generell im (kalten) Durchbruch auf Dauer wie >eine Zener betreiben kann Nein, sonst gäbe es ja keine expliziten Z-Dioden. >oder passiert da was Sie geht kaputt. >Im Datenblatt findet man ja keine Angabe zum max. zulässigen Reversstrom >bei Durchbruch oder? Logisch, weil der unzulässig ist. Das dürfen nur Z-Dioden, Suppressordioden und Avalancedioden, welche alle auf dem gleichen Prinzip beruhen. Bei normalen Dioden gibt es nur den maximalen Leckstrom bei maximaler Sperrspannung, welche UNTERHALB der Durchbruchsspannung liegt.
>Im Datenblatt findet man ja keine Angabe zum max. zulässigen Reversstrom >bei Durchbruch oder? -> Avalanche Energie...
Betreiben kann man die sicher im Durchbruch. Allerdings wurden für solche Geschichten ja Zenerdioden "gezüchtet". Warum also willst du mit dem Traktor zum Autorennen?
Falk Brunner schrieb: >>Ich frag mich gerade, ob man sie auch generell im (kalten) >>Durchbruch auf Dauer wie eine Zener betreiben kann > Nein, sonst gäbe es ja keine expliziten Z-Dioden. Welcher Zerstörungsmechanismus außer Elektronenmigration soll dort wirken? Und jenen halte ich bei einer nicht für relevant. Lukkul schrieb: > sie altern dann besonders schnell. Kannst du das näher erläutern?
Lebensdauer: Das wäre interessant, denn gerne werden Basis-Emitterstecken von Transistoren bei so 3..6 V im Durchbruch betrieben, um sie zur Rauscherzeugung zu nutzen. Spezielle Noise-Dioden natürlich auch. Oder anders gefragt: Was macht man bei Z-Dioden, um die Lebensdauer zu garantieren, und wie lang ist sie? (alles immer davon ausgehend, dass Verlustleistung durch Strombegrenzung eingehalten wird) ?
Solange die Verlustleistung nicht überschritten wird, gibt es keine relevanten Schäden. Die wegen Strombegrenzung stehen bleibende Spannung über der Diode ist aber alles andere als konstant im Verhältnis zum durchfließenden Strom.
Danke, das glaub ich jetzt mal. Gibt es auch reverse Kennlinien (Strom/Spannung), die über die Durchbruchspannung hinausgehen? Bisher habe ich in keinem Datenblatt eine gesehen.
> Danke, das glaub ich jetzt mal. Gibt es auch reverse Kennlinien > (Strom/Spannung), die über die Durchbruchspannung hinausgehen? Bisher > habe ich in keinem Datenblatt eine gesehen. Das glaub ich gern. Kein Hersteller wird dir ein bestimmtes Verhalten der Dioden im Datenblatt garantieren, wenn sie nicht für den Betrieb im Durchbruch gebaut worden sind (wie bei Zenerdioden). So eine Spezifikation macht zusätzliche Arbeit, die Angabe von Werten im Datenblatt sind verbindlich und dann auch forderbar. Die Hersteller machen es sich einfacher und sagen: "Für diesen Anwendungsfall möchten sie bitte auf unser Angebot an Zenerdioden schauen." :-)
Ich erinnere mich an einen Schaltungsvorschlag, bei dem eine Diode (es war in dem Falle eine BE-Strecke eines Transistors) in Sperrichtung über Durchbruchspannung betrieben wurde (über einen hohen Serienwiderstand). Das ganze diente als Rauschgenerator. Hat funktioniert.
Ich habs mal so gelesen: Bei normalen Dioden wie auch bei den CB-Strecken von Transistoren kann ein räumlich eng begrenzter Durchbruch auftreten, der auch schon unterhalb der Leistungsgrenze dort zu einer lokalen Zerstörung führen kann. Z-Dioden sind etwas anders aufgebaut, um diesen Effekt zu vermeiden. Dass die BE-Strecke eines Transistors eher einer Z-Diode ähnelt ist kein Indiz dafür, dass dies bei Sperrschichten immer so sei.
A. K. schrieb: > Dass die BE-Strecke eines Transistors eher einer Z-Diode ähnelt ist kein > Indiz dafür, dass dies bei Sperrschichten immer so sei. Auch das Durchbrechen der BE-Strecke von Transistoren schädigt diese, was bereits mehrere Forenteilnehmer (einschließlich meiner Wenigkeit) experimentell nachgewiesen haben. Der Transistor verliert zwar nicht sofort komplett seine Funktion, jedoch wird seine Stromverstärkung durch die Tortur deutlich reduziert, und das schon bei sehr geringen Strömen, bei denen der Transistor noch nicht einmal merklich warm wird. Die Ursache liegt wohl darin, dass es zu lokalen Überhitzungen im Halbleitermaterial kommt (engl. Hotspots), die bspw. auch Mosfets im Analogbetrieb schon vor Erreichen der spezifizierten maximalen Verlust- leistung zerstören können. Der Wikipedia-Artikel gibt einen Hinweis, darauf, dass auch bei Dioden etwas Ähnliches passiert: "Für die meisten Halbleiterdioden ist dieser Zustand unerwünscht, da er bei gewöhnlichen Dioden aufgrund der hohen Verlustleistung und des dünnen, eingeschnürten Stromflusskanals das Bauelement zerstört."
@ mhh (Gast) >Solange die Verlustleistung nicht überschritten wird, gibt es keine >relevanten Schäden. Falsch. Normale Dioden haben eine andere, untaugliche Struktur, welche lokale Überlastungen und damit bleibende Schäden des Halbleiters zur Folge hat. Z-Dioden sind anders aufgebaut und verteilen den Sperrstrom definiert.
Falk Brunner schrieb: > Normale Dioden haben eine andere, untaugliche Struktur, welche > lokale Überlastungen und damit bleibende Schäden des Halbleiters zur > Folge hat. Naja, sagen wir mal: welche lokale Überlastungen nicht ausschließt. Ob sie tatsächlich stattfinden oder nicht, kann einfach niemand vorhersagen.
Falk Brunner schrieb: > @ mhh (Gast) > >>Solange die Verlustleistung nicht überschritten wird, gibt es keine >>relevanten Schäden. > > Falsch. Normale Dioden haben eine andere, untaugliche Struktur, welche > lokale Überlastungen und damit bleibende Schäden des Halbleiters zur > Folge hat. Z-Dioden sind anders aufgebaut und verteilen den Sperrstrom > definiert. Öhm, was haben die denn für eine andere Struktur? Die haben ein anderes Dotierprofil aber sooo unterschiedlich sind die nun auch nicht. Wird die Verlustleistung nicht überschritten gibts auch keine lokale Überlastung und Schäden am Halbleiter bleiben damit aus.
@ Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite >Naja, sagen wir mal: welche lokale Überlastungen nicht ausschließt. >Ob sie tatsächlich stattfinden oder nicht, kann einfach niemand >vorhersagen. Die Wahrscheinlichkeit ist hoch genug, dass eine Nutzung ala Z-Diode praktisch nicht machbar ist, von Einzelversuchen abgesehen. Genauso wie Transistoren ne Weile Relais ohne Freilaufdiode schalten können . . .
@ Michael Köhler (sylaina) >Öhm, was haben die denn für eine andere Struktur? Irgendwelche Randzonen sind anders. Hab ich mal irgendwo gelesen, finde es aber nicht. > Die haben ein anderes >Dotierprofil aber sooo unterschiedlich sind die nun auch nicht. Kleiner, aber wichtiger Unterschied. > Wird die >Verlustleistung nicht überschritten gibts auch keine lokale Überlastung >und Schäden am Halbleiter bleiben damit aus. Nein! Schäden treten auch bei kleinen Verlustleistungen auf!
Falk Brunner schrieb: > @ Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite > >>Naja, sagen wir mal: welche lokale Überlastungen nicht ausschließt. >>Ob sie tatsächlich stattfinden oder nicht, kann einfach niemand >>vorhersagen. > > Die Wahrscheinlichkeit ist hoch genug, dass eine Nutzung ala Z-Diode > praktisch nicht machbar ist, von Einzelversuchen abgesehen. Genauso wie > Transistoren ne Weile Relais ohne Freilaufdiode schalten können . . . Dem kann man nur zustimmen, sind halt nicht dafür gebaut. Ist genauso wie ein Traktor nicht für ein DTM-Rennen gebaut ist. ;)
Falk Brunner schrieb: > Irgendwelche Randzonen sind anders. Hab ich mal irgendwo gelesen, finde > es aber nicht. Die Sperrschicht eine Zener-Diode ist dünner damit der Zener-Effekt auch eintreten kann. Das war dann aber auch schon alles. ;)
Wer es nicht glaubt. Nehmt mal ein paar verschiedene Dioden ala 4148, 4001 etc., Sperrspannung dran und Strombegrenzung auf Nennleistung, das Ganze mal ein paar Minuten stehen lassen und schauen was passiert. Und danach mal den Sperrstrom kurz vor dem Durchbruch messen.
Falk Brunner schrieb: > Die Wahrscheinlichkeit ist hoch genug, dass eine Nutzung ala Z-Diode > praktisch nicht machbar ist, Naja, die Tauglichkeit war wohl gut genug, als dass gerade die BE-Strecken normaler npn-Transistoren in Bastelbüchern von Jakubaschk und Co. gern als 7-V-Z-Dioden (± 2 V) missbraucht worden sind.
Falk Brunner schrieb: > Wer es nicht glaubt. Nehmt mal ein paar verschiedene Dioden ala 4148, > 4001 etc., Sperrspannung dran und Strombegrenzung auf Nennleistung, das > Ganze mal ein paar Minuten stehen lassen und schauen was passiert. Und > danach mal den Sperrstrom kurz vor dem Durchbruch messen. Würd ich glatt machen. Hab nur leider kein Netzgerät, dass 100V Gleichspannung kann. Meins kann nur 30V. Ne 1N4001 hab ich leider nicht, die könnte ich mal eher Testen aber ich werd mir mal eine beschaffen und dann schaun ob meine Strombegrenzung in dem Bereich (unterer zweistelliger mA-Bereich, ist quasi der erste Digit) auch noch sicher arbeitet.
@ Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite >Naja, die Tauglichkeit war wohl gut genug, als dass gerade die >BE-Strecken normaler npn-Transistoren in Bastelbüchern von >Jakubaschk und Co. gern als 7-V-Z-Dioden (± 2 V) missbraucht >worden sind. Naja, in Nachkriegszeiten sind viele komische Sachen gemacht worden ;-)
> sind viele komische Sachen gemacht worden ;-)
Manche haben sogar im Kinderwagen Kohlen gefahren wurde erzählt.
Daß die Hersteller mißbräuchliche Nutzung nicht im Datenbaltt empfehlen
ist auch klar. Aber eine 100V-Gleichrichterdiode mit ausreichend
hochohmigen Vorwiderstand zu testen macht sie NOCH nicht kaputt.
Kritisch wird der Fall wenn mehr Leistung das Kristall überhitzt.
Michael Köhler schrieb: > Würd ich glatt machen. Hab nur leider kein Netzgerät, dass 100V > Gleichspannung kann. Zumal die 100V wahrcheinlich nicht einmal reichen würden. > Meins kann nur 30V. Ne 1N4001 hab ich leider nicht, Mein Netzgerät kann immerhin 60V, aber eine 1N4001 habe ich damit trotzdem nicht in den Durchbruch getrieben, geschweige denn kaputt gekriegt. Ich schätze, ab etwa 80V könnte es spannend werden. Ich könnte allenfalls heute Abend mal eine Schottky-Diode probieren. Ich hätte da ein paar 1N5819 für 40V, vielleicht auch noch schwächere.
Yalu X. schrieb: > Ich hätte da ein paar 1N5819 für 40V, vielleicht auch noch schwächere. Bin gespannt, ob du bei der den P-N-Übergang findest. ;-)
Das wäre auch eine Idee, Yalu. Alle meine Dioden unterhalb von 100V Sperrspannung sind Zener-Dioden oder ähnliches. Zumindest was in meinem Bastelkeller liegt (das sind bzgl. "normaler" Dioden nur 1N4148, 1N4144 und 1N4007). Würde mich echt interessieren. Wie gesagt, Zener-Dioden und Co unterscheiden sich von normalen Dioden nur durch das Dotierungsprofil und ich kann mir hier nicht wirklich vorstellen, dass Ladungsträger wandern wenn man innerhalb der Nennleistung bleibt, nur weil die Elektronen nun anders herum fließen.
Wenn wir hier schon mit technischen Details hantieren, dann wärs vielleicht nicht so schlecht, den Zener-Effekt und den Avalanche-Effekt und ihre jeweiligen Dioden auseinander zu halten.
So, mal fix ein paar Messwerte. 1N4148, Maximale Sperrspannung 100V laut Datenblatt. 135V: 0,3uA 147V: 1mA Nach 10min keiner lei Effekt, Werte stabil BAT48 (Schottky), Nennspannung 40V. 50V: 4uA 61V: 4mA Gleicher Effekt, scheinbar keinerlei Schädigung. 1N4001, Nennspannung 50V 300V 0,2uA Mehr bringt mein Netzteil nicht! Trotzdem würde ich aus diesen einfachen Experimenten NICHT schlußfolgern, dass normale Dioden genausogut als Z-Dioden arbeiten können. Nicht nur wegen der stark tolerierten "Z-Spannung" und eher schlechtem differentiellen Widerstand. Wenn man mal ein paar Pulsbelastungen machen würde, wird es schon irgendwann die Dioden zerlegen (Diode in Sperrichtung parallel zu einem MOSFET, der ein Relais ohne Freilaufdiode abschaltet).
A. K. schrieb: > Ich habs mal so gelesen: Bei normalen Dioden wie auch bei den > CB-Strecken von Transistoren kann ein räumlich eng begrenzter Durchbruch > auftreten, der auch schon unterhalb der Leistungsgrenze dort zu einer > lokalen Zerstörung führen kann. Ja, solche lokalen Überhitzungen finden ja auch in anderem Zusammenhang bei Transistoren statt, bekannt unter dem Namen "Zweiter Durchbruch". Gruss Harald
Falk Brunner schrieb: > Trotzdem würde ich aus diesen einfachen Experimenten NICHT > schlußfolgern, dass normale Dioden genausogut als Z-Dioden arbeiten > können Na das auf keinen Fall, steht außer Frage. Aber eine Schädigung werden sie auch nicht erleiden wenn man sie nicht über ihre Leistungsgrenzen hinaus betreibt. Sind ja noch die einfachsten PN-Übergänge, die man so baut. Da ist das Dotierprofil einer Zenerdiode schon erheblich anspruchsvoller.
@ Harald Wilhelms (wilhelms) >Ja, solche lokalen Überhitzungen finden ja auch in anderem Zusammenhang >bei Transistoren statt, bekannt unter dem Namen "Zweiter Durchbruch". Eben, und gerade dann ist eben keine Strombegrenzung vorhanden, weil es schaltungstechnisch unsinnig ist. Dann fließt viel Strom in einem kleinen Bereich und zerstört den Halbleiter in einer Kettenreaktion. Mit Angstwiderstand und Leistungsbegrenzung kann man wahrscheinlich auch einen Bipolartransistor als Z-Diode missbrauchen. McGyver hätte da keine Skrupel ;-)
A. K. schrieb: > Yalu X. schrieb: >> Ich hätte da ein paar 1N5819 für 40V, vielleicht auch noch schwächere. > > Bin gespannt, ob du bei der den P-N-Übergang findest. ;-) Danach hätte ich gar nicht erst gesucht (nicht dass bei der Untersuchung die P- und die N-Hälfte noch auseinanderfallen, weil sie nicht richtig miteinander verklebt sind) ;-) Aber der TO hat ja auch nicht explizit nach PN-Dioden, sondern allgemein nach Gleichrichterdioden gefragt. Die Ergebnisse von Falk sind schon einmal recht aufschlussreich. Falk Brunner schrieb: > 1N4001, Nennspannung 50V > > 300V 0,2uA Kann es sein, dass sich heutzutage die unterschiedlichen 1N400x-Typen nur noch im Aufdruck unterscheiden? Von der Sperrspannung abgesehen unterscheiden sich die Daten der 1N400[1-6] sowieso nicht. Lediglich für die 1N4007 findet man in einigen wenigen Datenblättern noch leicht abweichende Angaben.
Yalu X. schrieb: > Kann es sein, dass sich heutzutage die unterschiedlichen 1N400x-Typen > nur noch im Aufdruck unterscheiden? Und im Preis. TME bei 25 Stück, gleicher Hersteller: 1N4002-5 0,02€ 1N4007 0,051€ Ab 15000 Stück ist der Preis gleich. ;-)
Falk Brunner schrieb: > @ Harald Wilhelms (wilhelms) > >>Ja, solche lokalen Überhitzungen finden ja auch in anderem Zusammenhang >>bei Transistoren statt, bekannt unter dem Namen "Zweiter Durchbruch". > > Eben, und gerade dann ist eben keine Strombegrenzung vorhanden, weil es > schaltungstechnisch unsinnig ist. Dann fließt viel Strom in einem > kleinen Bereich und zerstört den Halbleiter in einer Kettenreaktion. Allerdings bleibt beim zweiten Durchbruch die Verlustleistung deutlich unterhalb des für den Transistor zulässigen Bereichs. Es sind die weiter oben schon erwähnten "HotSpots", die zur Beschädigung führen. Gruss Harald
Yalu X. schrieb: > Kann es sein, dass sich heutzutage die unterschiedlichen 1N400x-Typen > nur noch im Aufdruck unterscheiden? Quasi. Bei einer 1N4001 wird vom Hersteller ja nur garantiert, dass sie eine Sperrspannung von 50V stand hält. Und das tut sie auch wenn sie 100V sicher sperrt. Der Aufwand für die extra Produktion wird sich wahrscheinlich kaum lohnen. Irgendwann hat man bestimmt mal geschaut und von den 5/6/7 verschiedenen Typen festgestellt dass dieser Aufwand teuerer ist als wenn man nur 2 verschiedene Typen baut.
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