Diode Michael Funke – DL4EAX Kapitel 1.3.5 Fragen TC506 bis TC528 TC501 bis TC505 sind in Kapitel 1.2.1 Michael Funke – DL4EAX

Schaltzeichen und Kennzeichnung Lage der P- und N-Schicht Kennzeichnung beim realen Bauteil Bildquelle: Michael Funke – DL4EAX

Durchlassspannung Um die Sperrschicht zu überwinden, muss an der Anode einer Siliziumdiode eine positive Spannung von 0,5 bis 0,8 Volt anliegen. Also an der Anode 0,5 bis 0,8 Volt mehr als an der Kathode. Bildquelle: Fragenkatalog Technik Klasse A: Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse A 1. Auflage, Februar 2007

Die Diode im Gleichstromkreis Bei Spannung zwischen + und - größer als Durchlassspannung. Bildquelle: Von Stefan Riepl (Quark48).Quark48 at de.wikipedia - Eigenes Werk (Originaltext: selbst erstellt) Übertragen aus de.wikipedia nach Commons durch Wdwd mithilfe des CommonsHelper., Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=18101063

Die Diode im Wechselstromkreis Wir kennen die Wirkung der Diode schon vom Gleichrichter, bei dem komplette Halbwellen abgeschnitten werden. Bildquelle: Wdwd - Eigenes Werk, CC BY 3.0 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12693362

Die Diode im Wechselstromkreis Eine andere Anwendung ist die Begrenzerschaltung. Sie funktioniert wie folgt: Solange die Spannung U1 unterhalb der Schwell-spannung der antiparallel geschalteten Dioden bleibt, gelangt sie unbeeinflusst an den Ausgang. Oberhalb der Schwellspannung leitet die jeweilige Diode die Spannung ab. Bildquelle: Fragenkatalog Technik Klasse A: Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse A 1. Auflage, Februar 2007

Die Diode im Wechselstromkreis Die Auswirkung des Begrenzers ist abhängig von der Durchlass-spannung und lässt sich im Verlauf der Spannung über die Zeit verfolgen: Bei Silizium zw. 0,5 und 0,8 Volt. U2 U1 Bei Germanium zw. 0,2 und 0,4 Volt. U2 Bildquelle: Fragenkatalog Technik Klasse A: Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse A 1. Auflage, Februar 2007

Die Schottkydiode… ... ist nach dem deutschen Physiker Walter Schottky benannt. Sie hat keinen PN Übergang, sondern einen Metall-Halbleiter-Übergang und ebenfalls eine gleichrichtende Wirkung. Bei Schottky-Dioden sind die Dotierung des Halbleiters und Beschaffenheit des Metalls so gewählt, dass die Durchlass-spannung gering ist und der Übergang von nicht leitend zu leitend sehr schnell passiert. Das macht sie für Hochfrequenzanwendungen bis in den Mikrowellenbereich interessant. Bildquelle: Michael Funke – DL4EAX

Diodenkennlinien … ... stellen den Zusammenhang von Durchlassspannung und Strom dar. 1 Schottkydiode 2 Germaniumdiode 3 Siliziumdiode 4 Leuchtdiode Bildquelle: Fragenkatalog Technik Klasse A: Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse A 1. Auflage, Februar 2007

Sonderformen von Dioden Kapazitätsdiode Z-Diode Leuchtdiode Fotodiode

Die Kapazitätsdiode (Varicap)… …ist ein Halbleiter-Bauteil. Durch Änderung der angelegten Spannung lässt sich eine Variation der Kapazität erreichen. Somit steht eine elektrisch steuerbare Kapazität zur Verfügung, die z.B. Drehkondensatoren ersetzten kann. Mit abnehmender Sperrspannung nimmt die Kapazität zu. Bildquelle: Michael Funke – DL4EAX

Anwendung der Kapazitätsdiode In einem Schwingkreis kann man damit zum Beispiel einen Drehkondensator ersetzen. In unten genanntem Beispiel ändert man die Spannung an der Kapazitäts-diode mittels dem Potentiometer P. Es wirkt als einstellbarer Spannungs-teiler. Wenn man es nach X dreht steigt die Spannung an der Kapazitäts-diode, womit ihre Kapazität abnimmt. Nach der Thomsonschen Schwingungsgleichung wissen wir: Je kleiner also L und C werden, desto höher wird die Frequenz (weil L und C unter dem Bruchstrich stehen). 𝒇𝟎= 𝟏 𝟐 ∙ 𝝅 ∙ 𝑳 ∙𝑪 Bildquelle: Fragenkatalog Technik Klasse A: Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse A 1. Auflage, Februar 2007

Eine Z-Diode… … ist eine Diode, die darauf ausgelegt ist, dauerhaft in Sperrrichtung im Bereich der Durchbruchsspan-nung betrieben zu werden. Die Höhe dieser Durchbruchspannung ist die Hauptkenngröße einer Z-Diode. Bildquelle: Michael Funke – DL4EAX

Spannungsstabilisierung mit einer Z-Diode Beispiel: Die Eingangsspannung (U) ist 12V und mit einer 10V Z-Diode ergeben sich 10V Ausgangsspannung. Alles was mehr als 10 Volt ist fließt also nach Masse ab. Mit dem Vorwiderstand wird der Arbeitspunkt der Z-Diode eingestellt. Bildquelle: WolfgangS [Public domain], vom Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Z-Diode_mit_Vorwiderstand.png

Spannungsstabilisierung mit einer Z-Diode Zur Berechnung des Vorwiderstandes müssen wir die Spannung am Widerstand kennen und wissen welcher Strom hindurch fließt. Bei U = 12V und Uz = 10V bleiben 2V für den Widerstand (UR) über. Nehmen wir einen Z-Dioden Strom von 25mA an und keine Last am Ausgang. R= 𝑈 −𝑈𝑧 𝐼𝑧 + 𝐼𝐿𝑎𝑠𝑡 = 12𝑉 −10𝑉 25𝑚𝐴+0𝑚𝐴 = 80Ω  P = U • I = 2V • 25mA = 50 mW Bildquelle: WolfgangS [Public domain], vom Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Z-Diode_mit_Vorwiderstand.png

Eine Leuchtdiode … … (kurz LED von englisch Light Emitting Diode) ist ein Halbleiter-Bauelement, dessen elektrische Eigen-schaften einer Diode entsprechen. Fließt durch die Diode elektrischer Strom in Durch-lassrichtung, dann strahlt sie Licht mit einer vom Halbleitermaterial und der Dotierung abhängigen Wellenlänge ab. Bildquelle: Michael Funke – DL4EAX

LED-Vorwiderstand Leuchtdioden haben je nach Farbe unterschiedliche Durchlasspannungen, die nicht weit überschritten werden sollten. Mittels eines Widerstandes kann diese eingestellt werden. Bildquellen: Michael Funke – DL4EAX

Fotodiode Eine Fotodiode ist eine Diode die Licht an einem PN-Übergang in einen elektrischen Strom umwandelt. Anwendungen sind Beleuchtungsmesser und Solarzellen. Bildquelle: Michael Funke – DL4EAX

Optokoppler Die klassische Anwendung in der Elektronik findet die Fotodiode im Optokoppler. In diesem werden mit Licht Informationen übertragen. Das kann man sich zur Entkopplung von Stromkreisen zu Nutze machen und findet im Amateurfunk bei der Verbindung von Computern und Funkgeräten Anwendung. Bildquelle: Von Quark48, CC BY-SA 3.0 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25096092

Schaltungen mit Dioden Entkopplung Schutzdiode

Entkopplung von Stromkreisen Nehmen wir mal an, dass der Sonnenkollektor (U1) 14,9 V liefert. Der Akkumulator (U2) hat gerade 13,9 V und das Netzteil (U3) ist auf 13,5 V eingestellt. An D1 haben wir 1 V in Flussrichtung, an D2 haben wir 13,9 V in Flussrichtung und an D3 liegen –0,4 V in Sperrrichtung an. D1 und D2 leiten und D3 sperrt. Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse A 1. Auflage, Februar 2007

Schutzdiode, auch Freilaufdiode Bei Schaltstufen mit einer Relaisspule oder Transformator erzeugen Stromänderungen in der Induktivität eine hohe Induktionsspannung, die den Transistor zerstört. Die parallel gegen die Gleichstromrichtung geschaltete Diode leitet diese Spannungsspitzen ab. Über den Transformator kommt z.B. eine kleine Wechselspannung die die Schwellspannung der Diode nicht überschreitet. Erste die Spannungsspitze fließt durch die Diode. Bildquelle: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen Fragenkatalog Prüfungsfragen „Technische Kenntnisse“ Klasse A 1. Auflage, Februar 2007

Wer mehr wissen will, könnte jetzt eine Frage stellen! Bildquelle: http://homepages.uni-regensburg.de/~erc24492/ElektronikBand.jpg

Initiales Autorenteam: Michael Funke - DL4EAX Willi Kiesow – DG2EAF Änderungen durch: Hier bitte Ihren Namen eintragen, wenn Sie Änderungen vorgenommen haben. Sie dürfen: Teilen: Das Material in jedwedem Format oder Medium vervielfältigen und weiterverbreiten. Bearbeiten: Das Material verändern und darauf aufbauen. Unter folgenden Bedingungen: Namensnennung: Sie müssen angemessene Urheber- und Rechteangaben machen, einen Link zur Lizenz beifügen und angeben, ob Änderungen vorgenommen wurden. Diese Angaben dürfen in jeder angemessenen Art und Weise gemacht werden, allerdings nicht so, dass der Eindruck entsteht, der Lizenzgeber unterstütze gerade Sie oder Ihre Nutzung besonders. Nicht kommerziell: Sie dürfen das Material nicht für kommerzielle Zwecke nutzen. Weitergabe unter gleichen Bedingungen: Wenn Sie das Material verändern oder anderweitig direkt darauf aufbauen, dürfen Sie Ihre Beiträge nur unter derselben Lizenz wie das Original verbreiten. Der Lizenzgeber kann diese Freiheiten nicht widerrufen solange Sie sich an die Lizenzbedingungen halten. Details: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/de/