Rolle der Halbleiterdioden bei elektrischen Schaltungen

Dieser Text ist ein Gastbeitrag, die externen Links sind Werbelinks.

Eine Halbleiterdiode findet bei der Gleichrichtung und der Stabilisierung von Strom oder Spannung Verwendung, aber auch in der Optik, als Laserdiode, Photodiode und Leuchtdiode (LED) spielen Dioden heute eine nicht ganz unerhebliche Rolle.

Der Begriff stammt übrigens vom altgriechischen Wort díodos (Pass, Durchgang, Weg).

Was macht eine Halbleiterdiode?

Nun, standardmäßig (Gleichrichterdiode) lässt sie Strom lediglich in eine Richtung fließen.
Teilweise ist dies bis mehreren Kilovolt der Fall, bei irgendeinem Punkt wird jedoch ein Lawinen- oder Avalanche-Durchbruch stattfinden – auch dies kann technisch genutzt werden. Hierfür gibt es sogar spezielle Zenerdioden, kurz  Z-Dioden, benannt nach Clarence Melvin Zener, welcher die theoretische Grundlage hierfür geschaffen hat. Die Durchbruchsspannung beträgt hierbei in der Regel 3 bis 100 Volt,. jedoch sind auch andere Werte möglich.

Man kann sich denken, dass die Anwendungsbereiche der Halbleiterdiode insgesamt sehr weitläufig sind.

Eine Gleichrichterdiode besitzt auf der Kathodenseite eine ringförmige Markierung, wodurch die Anschlüsse unterscheidbar sind.

Typen von Dioden

Gehen wir auch noch auf andere Diodentypen ein: Die Photodiode: Sie wird für gewöhnlich in Sperrrichtung betrieben, da auch in Sperrrichtung ein gewisser Strom fließt. Dieser wird umso größer, je mehr Licht einfällt, wodurch sich die Photodiode zur Messung der Lichtintensität oder für Lichtschranken und darauf basierende Technologien eignet.

Leuchtdioden – LEDs: LED steht übrigens für Light emiting Diode, also eine Licht emittierende Diode. Hier erkennt man die Kathode vor allem an dem kürzeren Anschlusspin – und man sollte dies beachten, da Leuchtdioden lediglich eine sehr geringe Spannung in Sperrrichtung vertragen und bereits durch wenige Volt zerstört werden können.

Wichtig ist auch, den Strom entsprechend zu begrenzen, da eine Leuchtdiode kein ohmscher Verbraucher ist, sondern sobald sie einmal durchschaltet einen Widerstand gegen Null besitzt. Somit würde ein viel zu großer Strom entstehen, wodurch die Leuchtdiode zunächst heiß wird – und bekanntlich leiten heiße Halbleiter besser als kalter, der Widerstand sinkt weiter und letztendlich wird die Diode zerstört.

Dies gilt an sich auch für andere Halbleiterdioden – jedoch verwendet man eine andere Halbleiterdiode in der Regel zusammen mit irgendeinem Widerstand, und wenn es ein Verbraucher ist – wodurch das Problem bereits gelöst ist.

Schon für Leuchtdioden allein gibt es viele Anwendungsbereiche. Lauflichter, Laserpointer, Lichtschranken (in Kombination mit der bereits erwähnten Photodiode), Segmentanzeigen und auch zu Beleuchtungszwecken. Im kleinen Maßstab mögen LEDs hierfür sogar geeignet sein, es kamen jetzt aber Leute darauf, Straßen mit LEDs zu beleuchten – die Idee ist wirklich schlecht, es gibt sehr viel effizientere Lampen.

Die wichtigsten Kenngrößen und Grenzwerte von Dioden sind:

• maximal zulässige Sperrspannung (Gleichrichter- und Signaldioden, Leucht- und Laserdioden)
• maximaler Dauer- und Spitzenstrom in Durchlassrichtung (Gleichrichter- und Signaldioden, Leucht- und Laserdioden)
• die Flussspannung oder auch Schleusenspannung  bei einem bestimmten Strom (Nennstrom für Gleichrichterdioden)
• bei Zenerdioden die maximale Dauer-Verlustleistung und die Zenerspannung
• bei Gleichrichter- und Signaldioden die Schaltzeit (auch Sperrverzögerungszeit oder Sperr-Erholzeit, engl. reverse recovery time, kurz trr genannt)
• bei Suppressordioden (TVS) die Ansprechzeit, die Energie und die Spitzenleistung, die beim Avalanche-Durchbruch in Sperrrichtung absorbiert werden kann, die Durchbruchspannung sowie die maximal ohne Durchbruch garantierte Spannung in Sperrrichtung
• insbesondere bei Schottkydioden der stark temperaturabhängige Leckstrom (Sperrstrom)