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Dioden

Elektronische Bauteile - Dioden

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Dioden

Eine Diode ist ein Zwei-Anschluss-Bauteil, das ermöglicht, Strom in nur eine Richtung fließen zu lassen.
Je nach Einsatzgebiet existieren verschiedene Typen mit entsprechenden Funktionalitäten:

Lichtemittierende Diode (LED):
Es ist eines der populärsten Arten von Dioden. Wenn durch diese Diode Strom in der richtigen Richtung fließt, entsteht Licht und sie leuchtet.
Es handelt sich um Elektrolumineszenz. Die Farbe des Lichts hängt vom Material des Halbleiters ab.

Lawinendiode:
Es handelt sich um eine lichtempfindliche Halbleiterdiode. Sie wird bei der Laserentfernungsmessung als Detektor für sehr schwache Lichtpulse,
z.B. den vom Satelliten reflektierten Laserimpuls, eingesetzt. Beim Auftreffen bereits eines oder weniger Photonen lösen sich aus dem Halbleiter
lawinenartig Elektronen, die einen elektronisch messbaren Impuls für das Laufzeitmesssystem liefern.

Laserdiode:
Eine Diode als Laser.
In Laserdioden wird ein p-n-Übergang mit starker Dotierung bei hohen Stromdichten betrieben. Die Wahl des Halbleitermaterials bestimmt dabei die
emittierte Wellenlänge, wobei heute ein Spektrum von Infrarot bis Ultraviolett abgedeckt wird.
Diese Laserdioden haben eine begrenzte Lebensdauer.

Schottky Diode:
Es ist eine spezielle Diode, die keinen p-n-Übergang, sondern einen (sperrenden) Metall-Halbleiter-Übergang besitzt. Diese Grenzfläche zwischen Metall und
Halbleiter bezeichnet man als Schottky-Kontakt bzw. in Anlehnung an die auftretende Potentialbarriere als Schottky-Barriere.
Wie der p-n-Übergang ist auch die Schottky-Diode ein Gleichrichter. Bei Schottky-Dioden ist die Materialkomposition (z. B. Dotierung des Halbleiters und
Austrittsarbeit des Metalls) so gewählt, dass sich in der Grenzfläche im Halbleiter eine Verarmungszone ausbildet. Damit unterscheidet sich der nichtlineare
Schottky-Kontakt von Metall-Halbleiter-Übergängen unter anderen Bedingungen, wie beispielsweise dem ohmschen Kontakt, der das Verhalten eines teilweise
linearen ohmschen Widerstands zeigt.
Schottky-Dioden werden in Hochfrequenzanwendungen und Gleichrichter-Anwendungen verwendet.

Zenerdiode:
Eine Z-Diode ist eine Diode, die darauf ausgelegt ist, dauerhaft in Sperrrichtung im Bereich der Durchbruchspannung betrieben zu werden.
Die Höhe dieser Durchbruchspannung UBR ist die Hauptkenngröße einer Z-Diode und ist im Datenblatt spezifiziert.
Die Durchbruchsspannung oder Z-Spannung (UBR , seltener auch UZ) liegt bei Z-Dioden im Bereich 2,4 bis 200 V (erweiterter Bereich: 1,8 bis 300 V).
Beliebige höhere Spannungen sind durch Reihenschaltung erreichbar, bidirektionale Z-Dioden erhält man durch Anti-Reihenschaltung.

Photodiode:
Bei Photodioden handelt es sich um Dioden, welche an einem p-n-Übergang einfallendes Licht (Photonen) in elektrischen Strom umwandeln.
Dieses geschieht aufgrund des Photoeffekts, welcher im Inneren der Diode abläuft.
Eine Photodiode kann aus den verschiedensten Halbleitermaterialien bestehen, abhängig davon, welche Wellenlänge das einfallende Licht hat.

Varicap-Diode oder Varaktordiode (Kapazitätsdiode):
Durch Änderung der angelegten Spannung lässt sich eine Variation der Kapazität von 10:1 erreichen.
Somit steht eine elektrisch steuerbare Kapazität zur Verfügung, die die früher üblichen, erheblich größeren Drehkondensatoren weitgehend ersetzt hat.

Gleichrichterdiode:
Diese Dioden werden verwendet, um Wechselstrom in Gleichstrom umzusetzen.
Es ist ein elektronisches Bauelement, das Strom in einer Richtung passieren lässt und in der anderen Richtung den Stromfluss sperrt.
Daher wird von Durchlassrichtung und Sperrrichtung gesprochen.

Kleine Signal oder kleine Stromdiode:
Diese Dioden gehen davon aus, dass der Betriebspunkt nicht beeinflusst wird, da nur kleine Signale existieren.

Große Signal Dioden
Sie wird auch kurz Power Diode genannt. Sie hat eine viel größere PN-Übergangsfläche im Vergleich zur kleineren Signaldiode,
was zu einer hohen Durchlassfähigkeit von bis zu mehreren hundert Ampere (KA) und einer Sperrspannung von bis zu mehreren tausend Volt (KV) führt.
Da die Leistungsdiode einen großen PN-Übergang hat, ist sie nicht für Hochfrequenzanwendungen oberhalb von 1 MHz geeignet.

Transient Voltage Suppression Diode:
Sie hat auch die Kurzbezeichnung TVS. Diese Dioden dienen zum Schutz elektronischer Schaltungen vor kurzzeitigen Spannungsimpulsen.
In an die Schaltung angeschlossenen Leitungen können solche Spannungspulse durch Schaltvorgänge im Netz oder nahe Blitzschläge auftreten.
Die dabei kurzzeitig erreichte Spannung kann ausreichen, um Halbleiterbauelemente in der Schaltung zu zerstören.
Suppressordioden werden leitend, wenn eine bauelementspezifische Spannungsschwelle überschritten wird.
Der Strom des Impulses wird durch Parallelschaltung an dem zu schützenden Bauteil vorbei geführt. Dadurch kann sich keine zerstörerische
Spannung oberhalb der Durchbruchspannung des Suppressors aufbauen. Dabei verhält sich diese Diode im normalen Betriebsfall, abseits eines
geringen Leckstroms und zusätzlichen Kapazität, welche insbesondere bei hochfrequenten Anwendungen störend wirkt, neutral.

Gold-dotierte Diode:
Diese Dioden verwenden Gold als Dotierungsmittel und kann bei Signalfrequenzen, auch wenn die Durchlassspannungsabfall erhöht sich bedienen.

Super-Sperrschichtdioden:
Diese werden auch als Gleichrichterdioden bezeichnet. Diese Dioden haben die Eigenschaft, bei niedrigem Sperrstrom wie bei normalen pn-Diode und niedriger
Durchlassspannung wie bei der Schottky-Diode, den Stromfluß zu sperren.

Spitzendiode:
Die Konstruktion dieser Diode ist einfach und wird in analogen Anwendungen und als Detektor für Radioempfänger verwendet.
Eine Spitzendiode ist eine Form einer Halbleiter-Diode, bei der eine feine Metallspitze auf ein einkristallines Halbleiterplättchen drückt und dort einen lokalen
pn-Übergang oder einen Schottky-Kontakt bildet.

Peltier-Diode:
Diese Diode wird für die thermoelektrische Kühlung und bei Stromrichtungsumkehr zum Heizen verwendet.
Die gebräuchlichste Form von Peltier-Elementen besteht aus zwei meist quadratischen Platten aus Aluminiumoxid-Keramik mit einer Kantenlänge
von 20 mm bis 90 mm und einem Abstand von 3 mm bis 5 mm, zwischen denen die Halbleiter-Quader eingelötet sind.

Gunn-Diode:
Die Gunndiode oder Gunnelement ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement, das für die Mikrowellenerzeugung eingesetzt wird.

Kristall-Diode:
Diese sind eine Art von Spitzendioden, die auch Cat-Whisker-Detektor genannt werden. Diese Dioden sind veraltet.
Das Kristall Radio war die erste Art von Funkempfänger , das von der breiten Öffentlichkeit verwendet wurde und
somit das am weitesten verbreitete Art von Radio bis in die 1920er Jahre war. Darin wurde die Kristall-Diode verbaut.

Thyristor:
Thyristoren sind einschaltbare Bauelemente, das heißt, sie sind im Ausgangszustand nichtleitend und können durch einen kleinen Strom an der Gate-Elektrode
eingeschaltet werden. Nach dem Einschalten bleibt der Thyristor auch ohne Gatestrom leitend.
Ausgeschaltet wird er durch Unterschreiten eines Mindeststroms, des sogenannten Haltestroms.
In Sperr-Richtung verhält sich ein Thyristor wie eine gewöhnliche Diode.

Dioden sind weit verbreitet in der Elektronikindustrie.
Neben den oben genannten Arten von Dioden, gibt es sicherlich noch weitere.


Dioden Bauformen

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Dioden Schaltzeichen

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Dioden als Gleichrichter

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Grudsätzlicher Aufbau von LED-Dioden

Dioden_Aufbau Dioden_LED

Brückengleichrichter

Brückengleichrichter_KBU1010 In einem Brückengleichrichter sind die nötigen vier Dioden bereits eingebaut.
Das erleichtert den Aufbau einer Schaltung.
BEISPIEL
Typ: KBU1010, 10A 1000V
Nennstrom: 10A
max. Eingangswechselspannung: 1000V
Größe (ohne Anschlussbeine): 23,0 x 19,2 x 6,7 mm
Anschlussbeine: D=1,18 mm, L=21,0 mm

Prüfung von Dioden

Prüfen von Dioden Da Dioden den Strom nur in einer Richtung passieren lassen können
sie mit einem Ohmmeter relativ leicht überprüft werden.
Dazu muss die Diode an das Ohmmeter angeschlossen werden,
daraufhin stellt sich ein bestimmter Widerstandswert ein,
wenn die Diode in "urchlassrichtung" angeschlossen ist.
Dieser Wert ist zunächst unwichtig, er ändert sich beim Umschalten
in einen anderen Messbereich. Ursache hierfür ist der "differenzielle
Widerstand" der Diode. Wird das Bauteil umgepolt sollte der Widerstand
unendlich sein. Sind die beiden Messungen auf "Durchgang" und
"Sperren" positiv verlaufen, so ist davon auszugehen, dass die Diode in Ordnung ist.
Prüfen von Dioden Ist ein Multimeter mit der Funktion "Diodentest" verfügbar, kann nach dem gleichen Muster
wie oben beschrieben vorgegangen werden. Das Multimeter zeigt jetzt den Spannungsabfall
der Diode bei einem bestimmten Prüfstrom an, der durch das Bauteil geleitet wird.

Hinweis: Mit diesem Prüfablauf kann nur die grundsätzliche Funktion der Diode überprüft werden.

Praktische Beispiele für die Prüfung von Dioden
Prüfung einer Diode in der Schalterstellung "Diodentest" am Multimeter

Prüfen von Dioden Diode in Durchlassrichtung ange-schlossen.
Der Spannungsabfall an der Diode hängt vom internen Messstrom des Multimeters ab.
Unter den verschiedenen Multimetern kann es zu Abweichungen in der Anzeige kommen.
Unterschiedliche Diodentypen können ebenso abweichende Spannungs-Abfälle verursachen.
Werte von ca. 400 mV bis 750 mV können als i.O. angesehen werden.
Prüfen von Dioden Diode in Sperrrichtung angeschlossen.
Keine Spannungsanzeige bedeutet Sperr-richtung ist ok. Bei allen Dioden gleich.

Die Diode kann als defekt betrachtet werden, wenn in Sperr- und in Durchlassrichtung ein Wert am Display erscheint.
Die Diode kann als defekt betrachtet werden, wenn in Sperr- und in Durchlassrichtung keine Anzeige möglich ist.
Hinweis: Hochspannungsdioden mit mehreren PN-Übergängen können mit diesen Verfahren nicht geprüft werden.
Diese haben in der Regel mehrere PN-Übergänge (n x 0,7 V) womit sich höhere Durchlassspannungen ergeben,
die das Multimeter nicht mehr anzeigen kann. Diese Prüfmethode bezieht sich auf gewöhnliche Dioden mit einem PN-Übergang.

Prüfen von Dioden Defekte Diode durch zu hohen Stromfluß (Widerstand ca. 0,5 Ω)
Häufigste Ursache für einen Diodenschaden ist ein zu hoher Strom über das Bauteil.
Die dadurch entstandene Wärmeentwicklung kann nicht mehr abgeführt werden und der Halbleiter (Kristall) wird beschädigt.
Dioden werden im Schadensfall meist niederohmig (~ 0 Ohm) und es entsteht ein Kurzschluss über das Bauteil.
Wird der Kurzschluss nicht rechtzeitig beseitigt kann der zu hohe Strom das Bauteil so schädigen, dass es "platzt" bzw. in der Mitte bricht.
Hinweise für überlastete Dioden in einer Schaltung sind: Die Anschlussdrähte sind dunkel angelaufen und eine dunkle Verfärbung am
Diodenkörper selbst (siehe unten).
Kurzzeitige Überspannungen in Durchlass- bzw. Sperrrichtung können den Halbleiter-kristall ebenso schädigen.

Dauerhaftes Betreiben der Diode im Grenzbereich kann das Kristallgitter der Diode schädigen. Die Diode ergibt mit der
Diodenprüfung einen Wert, der zwar noch im Toleranzrahmen liegt aber dennoch einen Schaden aufweist.
In solchen Fällen sollte der Sperrstrom in Rückwärtsrichtung gemessen werden. Ist dieser relativ hoch sollte die Diode erneuert werden.



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