Themen:
- Allgemeines
- Diode als Polaritätsschutz und Gleichrichter
- Freilaufdiode
- Technische Funktionsweise der Diode
Gesamt:
In vielen elektronischen Schaltkreisen kommt eine Diode zum Einsatz, zum Beispiel als Gleichrichter in einem Dynamo oder Radio oder als Freilaufdiode in einer Spule. Auf dieser Seite werden die Funktionsweise und die verschiedenen Funktionen erläutert.
Diode als Polaritätsschutz und Gleichrichter:
Die Diode in einem System sorgt für Gleichrichtung. Der Strom kann nur in eine Richtung fließen und ist in der Gegenrichtung blockiert. Dies wird im Bild unten deutlich. Dies geschieht häufig zum Schutz von Bauteilen vor Fehlanschlüssen (als sogenannter Polaritätsschutz, beim Umschalten von + und -). Bei Vertauschung von Spannungsversorgung und Masse an einem Bauteil sorgen die Dioden intern dafür, dass die Spannung zurückgehalten wird, um beispielsweise Schäden an der Leiterplatte zu verhindern.
Das folgende Bild unten zeigt die Grundfunktion. Diode D1 ist leitend, D2 ist in Sperrichtung vorgespannt. Man kann sich leicht merken, dass die Richtung, in die der Pfeil zeigt, die Richtung ist, in die der Strom fließt. Bei D1 wird der Strom geleitet und erreicht die Lampe L1. Die Lampe leuchtet nun auf. Die Lampe L2 nicht, da diese Diode in Sperrrichtung ist. Anstelle einer Lampe wie in diesem Beispiel könnten es auch alle möglichen Bauteile sein, die beim Anschließen irreparabel beschädigt werden könnten.
Auch in Dynamos werden Dioden zur Gleichrichtung eingesetzt. In einem Dynamo wird Wechselspannung erzeugt, die in Gleichspannung umgewandelt werden muss. Dies wird durch den Einsatz mehrerer Dioden (auf der Diodenbrücke) ermöglicht. Weitere Informationen zu den Dioden als Gleichrichter in einem Generator finden Sie im Kapitel Gleichrichterdioden auf der Seite Dynamo.
Freilaufdiode:
In einer Spule wird eine Hochspannung erzeugt, man denke an eine Spule in einer Zündspule. Die durch die Spule fließende Spannung wird vom Transistor ein- und ausgeschaltet. Wenn der Transistor jedoch nicht mehr leitet (die Stromzufuhr zur Basis wird abgeschaltet), ist die Spule immer noch mit Restenergie gefüllt. Die Spule ist nicht in der Lage, unmittelbar nach dem Abschalten des Transistors „leer“ zu sein. Nach dem Abschalten wird immer eine Induktionsspannung freigesetzt, die um ein Vielfaches höher sein kann als die Bordspannung von 14 Volt.
Die Folge ist, dass der Transistor aufgrund dieser Induktionsspannung eingeschaltet bleibt. Aufgrund dieser Induktion hält die Spule den Transistor leitend, auch wenn er ausgeschaltet ist (an der Basis des Transistors).
Um dies zu verhindern, wird dem System eine Freilaufdiode hinzugefügt. Beim Abschalten des Transistors fließt die Induktionsspannung über die Freilaufdiode zum Pluspol der Spule. Da die Induktionsspannung den Transistor nicht mehr erreicht, bleibt dieser ausgeschaltet.
Technische Funktionsweise einer Diode:
Eine Diode besteht aus einer positiven Siliziumplatte und einer negativen Siliziumplatte. Die Platten enthalten Löcher mit positiven Ionen und negativen Elektronen. Diese bewegen sich, wenn sich die Strömungsrichtung ändert.
Diese P- und N-Siliziumplatten werden gegeneinander gelegt. Der Strom geht von positiv nach negativ (Vorwärtsrichtung). Fließt der Strom von negativ nach positiv (umgekehrte Richtung), wird dieser gestoppt. Die folgenden Bilder zeigen, wie das geht:
Rückwärtsrichtung:
Im Bild unten ist die Diode ausgeschaltet. Beispielsweise ist das – nun mit einer Spannungsquelle verbunden und das + mit Masse. Die Diode sorgt nun dafür, dass kein Strom von – nach + fließt.
Die negativen Elektronen wurden nun alle auf die Platte mit dem negativen Silizium bewegt. Die Platte mit dem positiven Silizium, also mit den positiven Ionen, leitet nicht. Die „Löcher“ sind leer, sodass keine Leitung und damit keine Stromübertragung stattfinden kann.
Durchgangsrichtung:
Der Strom fließt von + nach –, im Bild also von links nach rechts. Die positiven Elektronen und die negativen Elektronen werden gemischt. Die Löcher bei P werden nun durch die negativen Elektronen gefüllt, sodass ein leitender Effekt entsteht (die Übertragungsrichtung). Es kommt jedoch zu einem Spannungsverlust, da eine Störung auftritt (der Durchgang ist nicht ganz sauber). Diese Spannung wird Diffusionsspannung genannt und beträgt immer etwa 0,7 Volt.
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