darf man normale Dioden im Durchbruch betreiben?

@  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...

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?

http://de.wikipedia.org/wiki/Diode#Durchbruch

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. ;)

http://en.wikipedia.org/wiki/Avalanche_diode

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 ;-)

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. ;-)

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.