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unter einem Brückengleichrichter, über Einzeldioden

EIN Diode ist ein elektronisch Teil, dass die elektrischer Strom leitet sehr gut in die eine Richtung, aber praktisch nicht in die andere.

Eine Diode funktioniert wie eine Elektronik Rückschlagventil. Die Leitrichtung heißt Vorwärtsrichtung und die andere richtung die Sperrrichtung.

Dies ist jedoch eine etwas vereinfachte Darstellung. Auch in Durchlassrichtung einer Diode fließt nur dann Strom, wenn die Stromspannung einen bestimmten Wert an der Diode erreicht hat. Erst oberhalb dieses Wertes verhält sich die Diode wie ein niederohmiger Widerstand. Diese Durchlassspannung hängt vom Diodentyp ab.

Dioden werden auch Gleichrichter aufgerufen, weil sie verwendet werden können, um a . umzuwandeln Wechselstrom in einem DC.

Die ersten Dioden waren Vakuumdioden, ein bestimmter Typ Elektronenröhre. Es enthält Emissionen von Elektronen um ein Filament legen, das von einer zusätzlichen Elektrode angezogen und aufgefangen werden kann, Anode namens. Da die Elektronen nur von der Wendel zur Anode fließen können und nicht umgekehrt, wirkt diese Konstruktion wie ein Gleichrichter.

Die Kombination aus Filament und Elektrode war 1904 erfunden von John Ambrose Fleming, der wissenschaftliche Berater des Marconi Company und basiert auf einer Beobachtung von Thomas Edison.

Obwohl die Vakuumdiode noch für spezielle Anwendungen verwendet wird, sind die meisten Dioden heute Halbleiterdioden. Eine solche Diode besteht aus einem n-dotierten Bereich unmittelbar neben einem p-dotierten Bereich, wodurch ein pn-Übergang mit der gewünschten Diodeneigenschaft entsteht.

Betrieb der Sperrschichtdiode

Eine Diode kombiniert a n-Typ und p-TypHalbleiter. Die beiden Halbleiter sind elektrisch neutral. Aufgrund des Ladungsgradienten an der Kontaktfläche beginnen die Ladungen durch die Grenzschicht zu diffundieren. die Freiheit Elektronen ausgehend vom n-Typ-Halbleiter diffus zum p-Typ. Zerstreuen Sie gleichzeitig die Löcher vom p-Typ mit den freien Elektronen durch die Grenzschicht zum n-Typ.

Durch diese Diffusion entsteht durch die Diffusionsspannung zwischen den beiden Materialien ein elektrisches Feld, das einer weiteren Diffusion entgegenwirkt. Zwischen der Anzahl der Löcher beim p-Typ und der Anzahl der freien Elektronen beim n-Typ stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht ein. Dadurch entsteht eine Barriere zwischen den beiden Halbleitern, die den weiteren Übergang von p-Löchern und n-Elektronen verhindert.

Um eine solche Grenzschicht loszuwerden, müssen die freien Elektronen auf der n-Seite der Diode auf die p-Seite wandern können und umgekehrt mit den Löchern. Um dies zu realisieren, wird die p-Seite mit der positiven Seite und die n-Seite mit der negativen Seite derselben elektrischen Schaltung verbunden. Die Bedeutung des angelegten Feldes E2 ist nun entgegengesetzt zu E1. Die Stärke dieses Feldes übersteigt die von E1 und dies kann die Barriere für den Übergang von Löchern und Elektronen beseitigen. Die freien Elektronen vom n-Typ treten in den p-Typ ein und verlassen den Halbleiter. Durch den Stromkreis kann ein elektrischer Strom fließen, da die Löcher und freien Elektronen ständig aufgefüllt werden.

Je höher die angelegte Spannung, desto weiter kann die Barriere abgesenkt werden und desto mehr Strom kann fließen. Der Strom kann also nur fließen, wenn die durch die Diffusion von Löchern und Elektronen gebildete Barriere überwunden werden kann. Werden die Pole der Spannungsquelle vertauscht, wird das angelegte Feld E2 ebenfalls gegensinnig und hat den gleichen Sinn wie E1.

Dadurch werden die freien Elektronen vom Pluspol und die Löcher vom Minuspol angezogen. Die Elektronen und die Löcher werden auseinandergedrückt und zwischen den beiden Halbleitern entsteht eine immer größer werdende Barriere, die den Stromfluss durch die Diode verhindert. Die Diode kann daher nur Strom in eine Richtung fließen lassen, die Durchlassrichtung. Die andere Richtung wird als Sperrrichtung bezeichnet.

LED

sehen LED für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Einige Dioden, sogenannte LEDs, emittieren Licht, wenn Strom durch den pn-Übergang fließt Durch geeignete Materialien sind verschiedene Farben des emittierten Lichts möglich.

Verschiedene Arten von Halbleiterdioden

Symbole für einige Diodentypen zur Verwendung in elektronischen Schaltplänen

1. Das Gleichrichterdiode wie oben beschrieben.
2. Das Lawinendiode, basierend auf Lawineneffekt; in umgekehrter Richtung als Überspannungsschutz verwendet.
3. Das Zenerdiode verhält sich in Vorwärtsrichtung wie eine normale Diode, kann aber in Rückwärtsrichtung auch ab einer bestimmten Spannung leiten. Dieser „Durchbruch“ erfolgt bei einem genau definierten Spannungsniveau, dem Zenerspannung namens. Daher kann die Zener-Diode als Spannungsreferenz verwendet werden. Natürlich können auch normale Dioden keine unbegrenzte Sperrspannung vertragen. Bei einer sehr hohen (aber nicht genau bestimmten) Spannung fließt Strom. Dieses Phänomen beruht jedoch auf einem anderen Prinzip und die Diode wird dabei meist zerstört. Eine Zener-Diode bleibt jedoch intakt, solange der Strom begrenzt bleibt (dies wird normalerweise durch eine Reihenschaltung eines Widerstands gelöst).
4. Wenn Elektronen den p-n-Übergang passieren, emittieren die Atome im Silizium Photonen. In den meisten Dioden werden diese Photonen jedoch wieder absorbiert. Außerdem hat das erzeugte Licht a Frequenz außerhalb des sichtbaren Bereichs, normalerweise Infrarot. Mit dem richtigen Material und der richtigen Bauweise ist es möglich, eine Diode im sichtbaren Bereich emittieren zu lassen. Der schwierigste Teil besteht darin, Licht in höheren Frequenzen auszustrahlen; daher das Blau LEDs sind noch schwer herzustellen und daher teuer.
5. Das Fotodiode leitet einen Leckstrom in umgekehrter Richtung, der von der auf ihn einfallenden Lichtmenge abhängt. Es kann daher als Lichtdetektor verwendet werden.
6. Das Schottky Diode wird als Gleichrichterdiode verwendet, hat aber eine geringere Durchlass- und Sperrspannung und ist schneller.
7. Das Schnappdiode kann sehr schnell auf Spannungstransienten reagieren.
8. Die Esaki oder Tunneldiode hat einen Anteil an der Spannungs-Strom-Kennlinie mit a negativer Differenzwiderstand. Dieser Effekt wird verursacht durch Quantentunneln. Dadurch kann dieser Teil zum Ausgleich von Dämpfungen in einem Schwingkreis in a Oszillator.
9. Das Diode mit variabler Kapazität oder Varicap hat eine in umgekehrter Richtung Kapazität was von der spannung abhängt. Durch eine variable Gleichspannung, die Frequenz eines Oszillators oder die Grenzfrequenz von a Filter eingestellt werden. Der Varicap findet seine Hauptanwendung als Abstimmkondensator in Radio- und Fernsehempfängern und FM-Modulation.
10. Das Pistolendiode ist eine Schaltdiode im Mikrowellenbereich.
11. Das PIN-Diode wird als variabler Widerstand (oft in Dämpfungsgliedern) in Hochfrequenzschaltungen verwendet. Es gibt auch lichtempfindliche PIN-Dioden, die als Photodioden verwendet werden.

Es gibt andere Arten von Dioden, die alle darauf beruhen, dass sie elektrische Ströme nur in eine Richtung zulassen, die jedoch auf unterschiedlichen Funktionsprinzipien basieren.

Einer von ihnen, der Elektronenröhre, haben wir bereits besprochen, ein anderer, der Punktkontaktdiode hat eigentlich einen sehr primitiven aufbau. Im Allgemeinen besteht eine solche Diode aus einem Block aus Halbleitermaterial vom n-Typ, auf dem eine Nadelspitze aus einem Metall der Gruppe 3 der of Periodensystem wird platziert. Sehen Sie mehr unter Punktkontaktdiode.

Eine andere Methode zum Aufbau einer Diode ist die Gasentladungsdiode. Zwei Elektroden befinden sich in einem mit einem Inertgas gefüllten Glaskolben. Eine Elektrode ist eine einfache Metallebene, die andere Elektrode weist eine Pfeilform auf, die auf einen Punkt in der Mitte der Ebene der anderen Elektrode zeigt. Die pfeilförmige Elektrode ist sehr scharf geschliffen. Das Funktionsprinzip dieser Diode beruht darauf, dass sich um punktförmige Teile eines elektrischen Leiters elektrische Ladungen sammeln. Wenn die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden groß genug ist, kann die spitze Elektrode ein ausreichend großes elektrostatisches Feld erzeugen, um sich spontan auf die flache Elektrode zu entladen. Umgekehrt kann die flache Elektrode jedoch kein Potentialfeld erzeugen, das groß genug ist, um sich zur Spitzenelektrode zu entladen. Daher verhält sich diese Konstruktion wie eine Diode. Solche Dioden werden manchmal als Gleichrichter in Hochspannungsanwendungen verwendet.

Eine Hochleistungs-Gasentladungsdiode ist die Quecksilberdampfgleichrichter.

Durchlassspannung

In einer herkömmlichen Halbleiterdiode, die Silizium basiert, beträgt die Spannung an einer leitenden Diode ungefähr 0,6 bis 0,7 Volt Beträge. Dieser Wert ist für andere Diodentypen unterschiedlich. Bei sogenannten Schottky-Dioden und mit Germaniumdioden diese Durchlassspannung kann etwa 0,2 Volt betragen. Für LEDs, die nicht auf Silizium sondern auf . sind Gallium auf Halbleiterbasis sind, kann diese Spannung 1,4 bis 3,6 Volt betragen. Die Farbe des emittierten Lichts hängt vom verwendeten Halbleitermaterial ab.

Als Temperatursensor kann eine Halbleiterdiode in Durchlassrichtung verwendet werden. Die Spannung an der Diode hängt von der Temperatur ab, aber das ist nicht sehr genau. Dieses Prinzip wird auf billige elektronische Innen-/Außenthermometer angewendet. Als Faustregel gilt ein Durchlassspannungsabfall von 2 mV pro °C Temperaturanstieg.

Shockleys Diodengleichung

William Bradford Shockley, Miterfinder der Transistor, schrieb die folgende Formel für die Strom-Spannungs-Kennlinie einer idealen Diode.

${displaystyle I_{mathrm {D} }=I_{mathrm {S} }cdot left(e^{frac {qcdot V_{ext{D}}}{ncdot kcdot T}}-1ight).}$

Darin steht:

• ${displaystyle I_{mathrm {D} }}$ der Diodenstrom
• ${displaystyle I_{mathrm {S} }}$ der Rückstrom (stark temperaturabhängig)
• ${Anzeigestil q}$ das elementarladung
• ${displaystyle V_{mathrm {D} }}$ die Diodenspannung
• ${displaystyle n}$ der Diodenfaktor (in der Regel zwischen 1 und 2)
• ${displaystyle k}$ das Boltzmann-Konstante
• ${Anzeigestil T}$ das Absolute Temperatur

In der ursprünglichen Formel von Shockley ist n=1.

Brückengleichrichter

Brückenzellen für 1 und 3 Phasen

Eine spezielle Anordnung von vier Dioden, die beide Halbwellen einer Wechselspannung in eine pulsierende Gleichspannung umwandeln können, heißt a Brückengleichrichter oder Grätzbrücke, oder ein Vollweggleichrichter. Es gibt auch spezielle Versionen von Diodenbrücken (mit mehr als vier Dioden), die zum Gleichrichten verwendet werden Drehspannung. Diese werden doppelseitig genannt Mehrphasengleichrichter.

Siehe auch

Zenerdiode

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