Diode
Die Diode als Bauelement
Die Diode kann man sich vorstellen wie eine Einbahnstraße im Straßenverkehr: der Strom fließt durch die Diode nur in einer Richtung. Dabei ist sie sogar noch etwas strenger: während im Straßenverkehr ein Einfahren entgegen der Richtung nicht erlaubt aber grundsätzlich möglich ist, kann der Strom bei der Diode nicht entgegen der Flussrichtung fließen.
Wobei auch das nicht ganz stimmt, mit "Gewalt", d.h. bei zu hoher Spannung und damit zu hohem Strom, ist ein kurzeitiges Fließen entgegen der Flussrichtung möglich. Die Diode wird dabei allerdings zerstört und muss anschließend ersetzt werden. Eine zerstörte Diode wirkt wie ein offener Schalter, d.h. unterbricht einen elektrischen Stromkreis dauerhaft.
Nachfolgend kann eine Diode durch Anklicken des unterschiedlich gepolten Diodenzeichens in den Stromkreis eingefügt werden.
Aufbau einer Diode
Dioden bestehen aus Halbleitern. mit zwei Schichten. In jede Schicht werden gezielt Fremdatome eingebracht (man spricht von Dotierung), die die Eigenschaft der Schicht beeinflussen. Bei einer Dotierung gibt es zwei verschiedene Arten: die n-Dotierung bei der Atome mit mehr
Außenelektronen hinzugefügt werden und die p-Dotierung bei welcher
Materialien mit weniger Außenelektronen hinzugefügt werden. Die Diode hat jeweils eine
n-dotierte Schicht (Anode) und einer p-dotierte (Kathode) Seite. An der Stelle, wo die
beiden Schichten sich treffen, entsteht eine Sperrschicht, welche die Elektronen
und positiven Ladungsträger zunächst nicht überqueren können.
Funktionsweise einer Diode
Legt
man von außen eine Spannung an die Diode, so wird - je nach Polung
der Spannung - die Sperrschicht größer oder die Sperrschicht wird
kleiner, bis sie ab eine bestimmten Spannungshöhe diese Schicht aufhebt,
ab da wird die Diode leitend:
Wird der Pluspol einer Spannung an die Kathode und der Minuspol an die Anode der Diode gelegt, so is die Diode in Sperrrichtung geschaltet. Die Elektronen in der Kathode werden und die positiven Ladungsträger in der Anode werden nach Außen gezogen. Die Sperrschicht wird größer, also entsteht kein Stromfluss. Wenn man Sie jedoch umgekehrt, also in Durchlassrichtung schaltet, werden die Elektronen und positiven Ladungsträger in die entgegengesetzte Richtung gedrückt, wenn die Spannung groß genug ist können die Elektronen und positiven Ladungsträger dann auch die Sperrschicht überqueren, wodurch dann ein Stromfluss entsteht. Dafür muss die Spannung bei einer Siliziumdiode mindestens 0,7 V sein. Diese Spannung bezeichnet man auch als Durchlassspannung, Schleusenspannung oder Schwellspannung.
Eine Diode kann man sich wie einen Schalter vorstellen, der durch die angelegte Spannung geschaltet wird. Ist die Spannung an der Anode (A) positiver als die Spannung an der Kathode (K), wird die Diode bei einem Spannungsunterschied von etwa 0,7V (Silizium) leitend. Ist die Spannung an der Kathode höher als an der Anode, sperrt die Diode, lässt also keinen Strom durch.
Zum besseren Verständnis gibt es hier noch ein Video:
Diode in Durchlassrichtung:
Diode in Sperrrichtung:
Verwendung von Dioden
Durch diese Eigenschaft ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Drei werden hier vorgestellt.
Verwendung in Gleichrichtern
Häufig werden Dioden eingesetzt, wenn eine Gleichrichtung von Wechselspannungen erforderlich ist. Die Gleichrichter werden im Kurs "Elektrische Schaltungen" behandelt.
Verwendung in Schutzschaltungen
Dioden finden in Schutzschaltungen Verwendung, zum Beispiel beim Verpolungsschutz.
Verwendung zur Spannungsstabilisierung
Eine Spezialform der Diode, die Z-Diode (früher auch Zener-Diode), wird u.a. in elektronischen Baugruppen zur Spannungsstabilisierung eingesetzt. Dabei wird sie in Sperrichtung, also "falsch herum gepolt", betrieben.
Verwendung als Leuchtdiode
Die Leuchtdiode wird in einem separaten Artikel behandelt.