Halbleiterdioden
Schichten einer Diode
Polt man die Diode in Durchlassrichtung, ist die Diode niederohmig und es fliest der Diodenstrom IF, der durch einen Vorwiderstand begrenzt werden muss. Betreibt man die Diode in Sperrichtung, fließt nur ein sehr geringer Sperrstrom IR und die Diode ist hochohmig.
Kennlinien einer Halbleiterdiode
Da Halbleiterbauelemente im Allgemeinen nichtlineare Bauelemente sind besteht zwischen Diodenstrom IF und Diodenspannung UF keine direkte Proportionalität. Mittels folgender Messschaltung kann die Strom-Spannungs-Kennlinie im Durchlassbereich ermittelt werden.
Die Spannung wird z.B. in 0,1V-Schritten (von 0 bis 1V) erhöht und die entsprechenden Messwerte in eine I-U-Kennlinie eingetragen. Für eine Siliziumdiode 1N4148 erhält man z.B. folgende Durchlass-kennlinie.
Da Halbleiterbauelemente stark temperaturabhängig sind (Silizium Si z.B. ist ein Heißleiter) ergeben sich je nach Temperatur unterschiedliche Kennlinien. Silizium hat eine Diffusionsspannung UD von ~0,7V. Bis zu dieser Spannung ist die Raumladungszone des pn-Übergangs noch nicht vollkommen abgebaut und die Diode ist dadurch noch sehr hochohmig. Ab 0,7V steigt der Diodenstrom stark an, da hier die Raumladungszone praktisch abgebaut und die Diode niederohmig ist. Eine Germaniumdiode hat eine Diffusionsspannung UD von ~0,3V. Germaniumdioden haben eine sehr geringe Sperrschichtkapazität (ca. 1pF) und werden gerne für den HF-Bereich eingesetzt.
Durchlasskennlinie Germaniumdiode 1N60
Gleichstromwiderstand einer Diode
Der Gleichstromwiderstand RF einer Diode ist das Verhältnis von Spannung zu Strom in einem bestimmten Arbeitspunkt AP.
Da die Kennlinie einer Diode nicht linear wie bei einem Widerstand ist, gilt der Gleichstromwiderstand nur für einen ganz bestimmten Arbeitspunkt.
Der Gleichstromwiderstand berechnet sich aus folgender Formel:
Dynamischer (Differentieller) Widerstand rF
Eine weitere wichtige Kenngröße ist der Anstieg der Diodenkennlinie in einem bestimmten Arbeitspunktbereich. Durch eine Änderung von UF (=?UF) erhält man entsprechend eine Änderung von IF (=?IF). Damit kann man die Kennlinie linearisieren.
Der differentielle Widerstand stellt eine Kenngröße der Diodenkennlinie für Kleinsignalaussteuerung dar und berechnet sich aus folgender Formel:
Hier die Kennlinie des differentiellen Widerstandes einer 1N4148 Diode:
BEISPIEL
Eine Si-Diode wird in Durchlassrichtung betrieben.
UF = 0,7V, IF = 10mA
Eine Spannungsänderung von ?UF = 0,1V bewirkt eine Diodenstromänderung von ?IF = 8mA.
Welchen Wert hat der Gleichstromwiderstand und der differentielle Widerstand?
Gleichstromwiderstand
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Differenzieller Widerstand
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Auf Grund der Eigenleitfähigkeit von Halbleiterelementen fließt durch eine Diode, welche in Sperrichtung betrieben wird ein sehr kleiner Sperrstrom IR im nA-Bereich.
Erhöht man nun die angelegte Sperrspannung UR bis zu einem, vom Hersteller angegebenen Grenzwert (VRRM repetitiv peak reverse voltage), kommt es zu einem sehr starken Anstieg des Sperrstroms. Wird dieser Sperrstrom nicht durch strombegrenzende Maßnahmen begrenzt, führt dies zur Zerstörung der Diode. Dieser Effekt wird als Durchbruch bezeichnet. Hier das Diagramm einer Diode im Sperrbereich:
Typische Parameter einer 1N4148 Diode sind z.B:
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Max. Sperrspannung
Sperrspannung
Max. Durchlasstrom
Durchlasstrom
Max. Verlustleistung
Max. Sperrschichttemperatur
100 V
75 V
450 mA
200 mA
500 mW
200 °C
Auch im Sperrbereich ist der Sperrstrom stark temperaturabhängig was folgendes Diagramm der Diode 1N4148 zeigt:
Weitere Parameter einer 1N4148 Diode
