Der Hobbyelektroniker

Eine Diode im Stromkreis

Eine Standarddiode verhält sich ähnlich wie eine Leuchtdiode. So erstaunt es nicht, dass auch sie eine Durchlass- und eine Sperrrichtung kennt.

Wo liegt nun der Unterschied?

• Das Erste fällt sofort ins Auge: sie leuchtet nicht!
• Die Spannung, die in Durchlassrichtung abfällt, ist viel kleiner. Wir messen nur ca. 0.7 V.

Wir haben mit dieser einfachen Schaltung bereits einen Verpolungsschutz gebaut. Wenn anstelle der Glühlampe eine empfindliche Elektronik eingebaut wäre, würde die Diode einen guten Schutz gegen Falschpolung der Batterie darstellen.

Das hat allerdings auch seinen Preis. Es fallen 0.7V an der Diode ab. Das heisst, dass die Betriebsspannung der dahinter liegenden Schaltung um 0.7V verringert ist. Es geht Leistung gemäss der Formel P = U * I (0.7 * I) verloren und wird in der Diode in Wärme umgewandelt.

Aus diesem Grund muss bei der Diode auf den maximal zulässigen Strom geachtet werden.

Vier Dioden als Brückenschaltung

Unser Verpolungsschutz ist ja ganz schön. Aber wäre es nicht praktisch, wenn wir unsere Batterie beliebig anschliessen könnten? Genau das ermöglicht die Brückenschaltung.

Leider hat das auch seinen Preis. Der Strom fliesst jetzt durch zwei Dioden, der Spannungsabfall und die verheizte Leistung wird also verdoppelt.

Trotzdem wird die Brückenschaltung sehr oft eingesetzt. In der Funktion als Gleichrichter ist sie ein wesentlicher Bestandteil der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom.

Den Wechselstrom, bezw. die Wechselspannung lernen wir im nächsten Video kennen. Dabei werden Dioden nochmals eine wichtige Rolle spielen.

Wie sind Dioden aufgebaut?

Ich versuche hier den an sich komplexen Vorgang anschaulich zu erklären. Allfällige Physiker unter den Lesern bitte ich, nachsichtig zu sein.

Ein Leiter, wie z. Bsp. Kupfer, leitet den Strom sehr gut. Im Gegensatz dazu leiten Nichtleiter wie z. Bsp. die meisten Kunststoffe, den Strom überhaupt nicht. Dioden sind Halbleiter. Das heisst nicht, dass sie den Strom nur halb so gut leiten, sondern das bedeutet, dass sie den Strom nur unter bestimmten Bedingungen leiten.

Eine typische Diode besteht aus Silizium (es gibt auch Dioden aus anderen Materialien). Das Silizium muss hochrein sein. In dieser Form wäre es aber für die Elektronik nutzlos. Erst eine gezielte Verunreinigung macht es zum Halbleiter. Diesen Vorgang nennt man Dotierung. Die eine Hälfte wird P - dodiert, die andere Hälfte N - dotiert.

Bei der N - Dotierung haben wir überschüssige Elektronen (-), bei der P - Dotierung fehlen Elektronen. Die beiden Teile haben nun die Tendenz sich zu vereinigen (Rekombination). Dabei neutralisieren sie sich gegenseitig. Dadurch entsteht eine neutrale Zone, die keine beweglichen Ladungsträger mehr enthält. Durch diese Sperrschicht wird unsere Diode zum Nichtleiter.

Wenn wir jetzt die Anode mit dem Pluspol einer Spannungsquelle verbinden und die Kathode mit dem Minuspol, entsteht ein Druck von Aussen, der die Ladungsträger wieder tiefer in die Sperrschicht eindringen lassen. Ist die Spannung gross genug, kommt es zu erneuten Rekombinationen. Das von Aussen immer neue Ladungsträger nachgeliefert werden, wird unsere Diode leitend. Man sagt auch, die Diode arbeitet in Durchlassrichtung.

Diese minimale Spannung haben wir in unseren Versuchen festgestellt. Es sind die ca. 0.7V, die wir gemessen haben.

Es sind nicht genau 0.7V. Der exakte Wert hängt von der Diode und dem fliessenden Strom ab. Insbesondere das Material der Diode hat einen entscheidenden Einfluss.

Was passiert, wenn wir die Spannungsquelle umgekehrt anschliessen? Jetzt haben wir genau gegenteilige Verhältnisse. Die Ladungsträger werden aus der Diode herausgezogen und die Sperrschicht vergrössert sich. Wir betreiben die Diode jetzt in Sperrrichtung.

Willst du es genauer wissen ?

Wikipedia ist immer eine gute Informationsquelle:
Dioden

Auf diesen Webseiten findet ihr weitere Erklärungen:
et-tutorials.de
www.elektronik-kompendium.de
www.elektronikinfo.de