Dieser Artikel erläutert Halbleiterdioden; zu der Ausführung als Röhre sieheRöhrendiode.
Schaltzeichen einer Diode und Abbildungen üblicher Gehäuse mit Markierung der Kathode. Kennzeichnung der positiven (+) und negativen (−) Elektrode bei Beschaltung in DurchlassrichtungAuswirkung einer Diode je nach Richtung(Gleichrichter-)Dioden in verschiedenen Bauformen
Das Verhalten wurde 1874 vonFerdinand Braun in Punktkontakten auf Halbleitern (Bleisulfid) entdeckt. Die ersten Halbleiterdioden, die man entwickelte, warenKristalldetektoren undSpitzendioden. Bei diesen Diodentypen verwendete man eine feine Metallspitze (meist ausWolfram), die auf eineinkristallines Halbleiterplättchen (z. B. ausGalenit) drückte und dort einen lokalen Metall-Halbleiter-Übergang herstellte.
Geöffnete 3-Ampere-Schottkydiode (1N5822). Die Anschlussdrähte sind auf den Siliziumkristall gelötet, um gute Wärmeableitung und Strom-belastbarkeit zu ermöglichen
Die Leitfähigkeit eines solchen Übergangs hängt ab von der Polung der Betriebsspannung anAnode (p-dotiert) undKathode (n-dotiert), also von der Stromflussrichtung. Derp-n-Übergang (graue Fläche) ist eine Zone, die frei von beweglichenLadungsträgern ist, da positive Ladungsträger (sog.Defektelektronen oderLöcher) des p-dotierten Kristalls und negative Ladungsträger (freie Elektronen) des n-dotierten Kristalls auf die jeweils andere Seite des pn-Übergangs diffundieren und dort durchRekombination verschwinden (siehe Artikelpn-Übergang). Die ursprünglichen Quellen der Ladungsträger, die Dotierungsatome, sind ortsfest und bilden nun als Ionen eine Raumladung, deren elektrostatisches Feld die beiden Ladungssorten voneinander fernhält und so die weitere Rekombination unterbindet. Über die ganze Raumladungszone hinweg entsteht dieDiffusionsspannung. Diese kann durch eine von außen angelegteSpannung – je nach Polung – kompensiert werden, dann wird der p-n-Übergang leitfähig, oder verstärkt werden, dann bleibt er gesperrt.[1]
Die Funktion einer Gleichrichterdiode im Stromkreis kann man sich am einfachsten wie einRückschlagventil im Wasserkreislauf vorstellen: Wenn ein Druck (eine Spannung) auf dieses Ventil (Diode) in Sperrrichtung wirkt, wird der Wasser-(Strom-)fluss blockiert. In Durchlassrichtung muss der Druck (die Spannung) groß genug werden, um die Federkraft des Ventils (= Schwellen- oder Schleusenspannung der Diode) zu überwinden. Dadurch öffnet das Ventil (die Diode), und der Strom kann fließen. Diesem Druck, welcher im mechanischen Modell zum Überwinden der Federkraft notwendig ist, entspricht bei einer Diode die so genannteSchwellenspannung () oder minimale Vorwärtsspannung (engl.forward voltage drop), die in Flussrichtung an der Diode anliegen muss, damit sie in den leitenden Zustand übergeht. Bei gewöhnlichen Siliziumdioden liegt im Bereich von 0,6 bis 0,7 V.
Geschlossenes Kugelrückschlagventil
Geöffnetes Kugelrückschlagventil
Fahrradventil; der Innendruck wirkt als Rückstellkraft
Das Rückschlagventil verhält sich wiederum entsprechend derShockley-Formel, die zur Beschreibung der Halbleiterdiode entwickelt wurde (siehe unten beiIdeale Diode). Die Formel eignet sich daher zur näherungsweisen Berechnung von Ventilen.
Die Analyse elektrischer Schaltungen erfordert eine mathematische Beschreibung der Diode. Hierfür gibt es die grafischeStrom-Spannungs-Kennlinie, exakte Gleichungen und vereinfachte Modelle.
Das statische Verhalten beschreibt eine Diode bei Gleichspannung und gilt auch näherungsweise für Wechselspannungen mit niedriger Frequenz, etwa 50 Hz Netzspannung, aber je nach Ausführung auch bis in den MHz-Bereich. Durch eine veränderte Spannung bedingte Umverteilungsvorgänge im p-n-Übergang bleiben unberücksichtigt.
Strom-Spannungs-Kennlinie Hinweis: Die Maßstäbe sowohl für die Stromstärke als auch für die Spannung unterscheiden sich um Zehnerpotenzen im Durchlass- und im Sperrbereich
Am anschaulichsten beschreibt dieStrom-Spannungs-Kennlinie das statische Verhalten einer Diode. Die Kennlinie teilt sich dabei in drei Abschnitte: den Durchlassbereich, den Sperrbereich und den Durchbruchbereich.
Wie die Kennlinie zeigt, fließt im Durchlassbereich trotz anliegender kleiner Spannung kein merklicher Strom durch die Diode (bezogen auf in der Technik übliche Ströme). Erst ab einer Spannung von etwa 0,4 V beginnt bei Si-Dioden der Strom merklich anzusteigen. Ab etwa 0,6 V bis 0,7 V nimmt dann der Strom stark zu, und man spricht deswegen von der Schleusenspannung. Bei Schottky- und Germanium-Dioden fließt ein nennenswerter Strom bereits bei etwa 0,2 V und die Schleusenspannung liegt bei etwa 0,3 V bis 0,4 V.
Im Sperrbereich fließt ein sehr geringer Strom, der sogenannte Leckstrom. Dabei weisen Ge- und Schottky-Dioden wesentlich höhere Werte auf als Si-Dioden.
Je nach Dotierung beginnt bei Si-Dioden bei bzw. ab etwa −50 V bis −1000 V der Durchbruchbereich und die Diode wird in Sperrrichtung leitend. Dasselbe gilt für eine Schottky-Diode bei etwa −10 V bis −200 V. DieseDurchbruchsspannung wird mit positivem Vorzeichen angegeben. Durch spezielleDotierungen werden bei Si-Dioden auch Durchbruchspannungen bis unter 5 V erreicht, was besonders beiZ-Dioden angewendet wird.
Wegen der Nichtlinearität werdenVereinfachungen verwendet, die das Verhalten nur näherungsweise wiedergeben, dabei aber eine leichtere Handhabung ermöglichen. Im einfachen Modell der Diode wird diese als ideales Rückschlagventil[2] angesehen oder als Schalter,[3][4] dessen Stellung von der Polung der angelegten Spannung abhängt. Dieideale Diode ist in der einen Richtung leitend ohne Spannungsabfall, in der Gegenrichtung sperrend ohne Leckstrom. Damit besteht die Kennlinie aus zweiHalbgeraden auf den Koordinatenachsen. In Gleichungsform wird die ideale Diode beschrieben
Links: Kennlinie einer idealen Diode Daneben: Stückweise lineare Kennlinie in verbesserter Annäherung an die nichtlineare Kennlinie einer realen Diode Rechts: Diodenmodell für diese Kennlinie
im Durchlassbereich durch
bei
im Sperrbereich durch
bei
Die Zustände und existieren in diesem Modell nicht.
Kennlinie einer Silizium-Diode im Durchlassbereich (gilt für 1N4001 bis 1N4007)Gemessene Kennlinien verschiedener Dioden in einfach logarithmischer Darstellung
Sollen die Schleusenspannung und der nicht sprunghafte Kennlinienverlauf in die Beschreibung des Verhaltens einbezogen werden, so wie das im Bild weiterunten gezeigt wird mit weiterhin linearer Näherung, wird eine erweiterte Ersatzschaltung verwendet gemäß nebenstehendem Bild.[5][6][7] Die Richtungen von Stromstärke und Spannung sind so gewählt wie imVerbraucher-Zählpfeilsystem. Bei gleichen Vorzeichen der beiden Größen verhält sich dieseSpannungsquelle als Besonderheit wie ein Verbraucher. Dieses zeigt sich in der Erwärmung der realen Diode.
Eine elektronische Schaltung, die beispielsweise zu Messzwecken die Funktion eines Gleichrichters wie eine ideale Diode übernimmt – ohne die Mängel der hohen Schleusenspannung und der nichtlinearen Kennlinie – wird unterPräzisionsgleichrichter beschrieben.
Bei genauerer Betrachtung setzt sich der Diodenstrom aus demDiffusionsstrom unter Berücksichtigung desHochstromeffekts, demLeckstrom und demDurchbruchsstrom zusammen:
Zusätzlich muss man auch die Temperaturabhängigkeit der Spannung berücksichtigen:
Dieser Temperaturdurchgriff ist im relevanten Temperaturbereich um 300 K konstant genug, um damit anhand der etwa linearen Temperaturabhängigkeit der Flussspannung Temperaturmessungen vornehmen zu können.
Die Spannung von etwa 0,7 V kann in der Praxis tatsächlich für viele Überschlagsrechnungen als Wert der Flussspannung von Siliziumdioden und p-n-Übergängen angesetzt werden.
DerDiffusionsstrom tritt im mittleren Durchlassbereich auf, wo er über die anderen Effekte dominiert. Die Formel ergibt sich aus der Shockley-Gleichung mit:
Bei Schottky-Dioden kann mit derselben Formel derEmissionsstrom beschrieben werden.
Der Hochstromeffekt bewirkt eine Zunahme von im Bereich der mittleren Ströme auf bei für gegen unendlich. Hierbei beschreibt derKniestrom die Grenze zumHochstrombereich. Es fließt dadurch weniger Strom, und die Kennlinie besitzt einen flacheren, aber weiterhin exponentiellen Verlauf.
In diesem Artikel oder Abschnitt fehlen noch folgende wichtige Informationen:
Es fehlen kurze Beschreibungen zum Unterschied von Sperrstrom und Rekombinationsstrom und warum die Diodengleichung aus dem Durchlassbereich hier modifiziert werden muss, um die reale Kennlinien zu beschreiben.
Beim Anlegen einer Sperrspannung werden die Elektronen und Löcher zu den jeweiligen Kontakten abgeführt, damit vergrößert sich die Raumladungszone und die Diode sollte keinen Strom leiten. In der Praxis misst man aber weiterhin einen geringen Strom, den sogenannten Leckstrom (Sperrstrom). Er resultiert aus der Diffusion von Ladungsträgern durch die Raumladungszone in den entgegengesetzt dotierten Bereich, wo sie dann aufgrund der angelegten Spannung abgeführt werden.Hierbei liefert die p-Zone Elektronen und die n-Zone Löcher, welche als Minoritätsladungsträger zum Sperrstrom führen.
Für die mathematische Berechnung gilt:
mit
– Leck-Sättigungssperrstrom
– Emissionskoeffizient in Sperrrichtung
– Diffusionsspannung
– Kapazitätskoeffizient
Der Sperrstrom ist stark spannungs- und temperaturabhängig und hängt von der Herstellungstechnologie sowie Reinheit und Störstellenarmut ab.
Der Sperrstrom einer pn-Diode in Sperrpolung ist im Allgemeinen gering. Vergrößert man jedoch die Spannung in Sperrrichtung weiter, so steigt der Sperrstrom ab einer bestimmten Sperrspannung zunächst langsam und dann schlagartig an. Diese Zunahme des Sperrstroms (reverse current) nennt man allgemein „Durchbruch“, und die zugehörige Spannung wird als Durchbruchspannung bezeichnet. Die Durchbruchspannung einer Diode hängt allgemein vom Halbleitermaterial und der Dotierung ab und kann für Gleichrichterdioden im Bereich zwischen 50 und 1000 V liegen.
mit, dem Durchbruchskniestrom, und, dem Durchbruch-Emissionskoeffizient.
Für die meisten Halbleiterdioden ist dieser Zustand unerwünscht, da er bei gewöhnlichen Dioden aufgrund der hohen Verlustleistung und des dünnen, eingeschnürten Stromflusskanals das Bauelement zerstört.Ursache für den Durchbruch sind sehr hoheelektrische Feldstärken.Es lassen sich drei unterschiedliche Mechanismen unterscheiden: der Lawinen-, der Zener- und der thermische Durchbruch.
DerLawinendurchbruch (auch Avalanchedurchbruch oder Avalancheeffekt genannt) zeichnet sich durch eine Ladungsträgervervielfachung durch Stoßionisation aus. Er wird beispielsweise bei derIMPATT- undSuppressordiode, derAvalanche-Photodiode, sowie beiZ-Dioden (auchZener-Dioden genannt) höherer Spannung genutzt (siehe auch unterAvalanche-Diode). Der Lawinendurchbruch ist auch bei manchen Gleichrichterdioden-Typen (Lawinengleichrichterdiode, Avalanche Type) zulässig und spezifiziert, so dass diese bei einmaligen oder periodischen Überspannungsereignissen bis zu bestimmten Energien nicht zerstört werden.
Bei Netzdioden, z. B. 1N4007 ist das Überschreiten der maximal zulässigen Sperrspannung – auch kurzfristig für wenige Mikrosekunden – nicht zulässig. Der dann fließende Lawinenstrom führt unmittelbar zur Zerstörung der Sperrschicht. Für den Betrieb von Diodengleichrichtern am Netz sind Überspannungsableiter, z. B.Varistoren erforderlich, die die Netz-Überspannung auf ein für die Gleichrichterdioden zulässiges Maß begrenzen.
BeimZener-Durchbruch werden hingegen durch eine spezielle Dotierung die Energiebänder stark verschoben. Beim Überschreiten der Durchbruchspannung – in diesem Fall spricht man meist von der Zenerspannung – tritt einTunneleffekt auf, der es Valenzbandelektronen ermöglicht, ohne Energieaufnahme vom Valenzband in das Leitungsband zu wechseln. Der Zener-Durchbruch wird bei Z-Dioden bis etwa 5 Volt verwendet und dient unter anderem der Bereitstellung von Referenzspannungen.
Derthermische Durchbruch beschreibt den Zusammenbruch der Sperrspannung aufgrund hoher Temperatur und der damit verbundenen Ladungsträgergeneration. In der Regel führt er zur Zerstörung der Diode durch Diffusionsvorgänge.
Derdifferentielle Widerstand ergibt sich aus der Tangente durch den Arbeitspunkt der Diode. Er wird auch als dynamischer Widerstand bezeichnet. Durch die Verwendung einer Geraden anstatt der tatsächlichen Exponentialfunktion werden die benötigten Rechenschritte wesentlich vereinfacht.
Vereinfachte Kennlinie (grün)
Arbeitspunkt:A
Bei großen Strömen wird sehr klein, und der Bahnwiderstand tritt zunehmend in Erscheinung. Dies ist ein realer Widerstand und rührt wesentlich aus der Leitfähigkeit des Grundmaterials des Diodenchips. Er ist im Ersatzschaltbild mitin Serie.
Die Ersatzschaltung mit und eignet sich je nach Diodentyp nur bis zu Frequenzen von 10 bis 100 kHz. Bei höheren Frequenzen, wie sie auch beim Ein- und Ausschalten auftreten, muss man zusätzlich die kapazitiven Eigenschaften sowie dieSperrerholzeit der Diode berücksichtigen.
DerBahnwiderstand wird durch den elektrischen Widerstand des Halbleitermaterials sowie dem Widerstand des Anschlusses am Halbleiter verursacht. Der Bahnwiderstand wird durch die folgende Formel berücksichtigt:
Dasstatische Kleinsignalmodell wird zur Dimensionierung der Arbeitspunkteinstellung von einfachen Schaltungen herangezogen. Hier entspricht dem bereits genanntendifferentiellen Widerstand (s. o.). Hinzu kommt gegebenenfalls noch der Bahnwiderstand.
Für den Betrieb um den Rückwärtsdurchbruch, also als Z-Diode, dient der Parameter zur Modellierung des Verhaltens.
Für Wechselstromanwendungen muss man auch die Kapazitäten der Diode berücksichtigen, welche vor allem bei hohen Frequenzen hervortreten. Hierbei unterscheidet man zwischen der Sperrschichtkapazität und der für Schaltanwendungen bedeutenden Diffusionskapazität.
Dasdynamische Kleinsignalmodell berücksichtigt zusätzlich zum statischen Kleinsignalmodell auch die Kapazität der Diode. Damit kann man auch einfache (Niederfrequenz-)Schaltungen mit Kapazitätsdioden dimensionieren.
Verlauf der Sperrschichtkapazität in Abhängigkeit von der angelegten Spannung
Derp-n-Übergang einer Diode hat je nach angelegter Spannung eine von freien (beweglichen) Ladungsträgern verarmteRaumladungszone. Diese wirkt wie dasDielektrikum einesPlattenkondensators. SeineKapazität ist abhängig von der Breite der Zone. Dieser Zusammenhang wird bei einerin Sperrrichtung gepolten Diode ausgenutzt.[9] Die Sperrspannung ist definiert als, zur gezeigten Kennlinie steigt also die Sperrspannung nach links an. Mit steigender Sperrspannung verbreitert sich die ladungsfreie Zone, wodurch die Sperrschichtkapazität abnimmt.
Dieses gilt für jede Diode, aber es gibt spezielleKapazitätsdioden, die auf eine große Kapazität und ferner auf ein großes optimiert sind. Während z. B. für die gängige Kleinsignaldiode 1N914 beträgt bei, sind bei Kapazitätsdioden um zwei Zehnerpotenzen größere Werte zu erreichen bei. Im jeweils empfohlenen Spannungsbereich kann das max/min–Verhältnis bei <2:1 liegen, aber auch bei >20:1.
Der Zusammenhang zwischen und lässt sich annähern durch[10][11]
mit und.
Derartig in Sperrrichtung betrieben wird die Diode als ein Kondensator eingesetzt, dessen Kapazität durch eine Gleichspannung steuerbar ist. Zu Anwendungen siehe unterKapazitätsdiode; zu weiteren Bauteileigenschaften siehe in Datenblättern, z. B. in[12].
Wird die Diodein Durchlassrichtung in einem schmalen Spannungsbereich noch unterhalb der Schwellenspannung betrieben, so steigt die Kapazitätskennlinie nach rechts weiter an, bis der p-n-Übergang leitend wird und die Raumladungszone verschwindet.
Bei Anlegen einer Durchlassspannung kommt es in den Bahngebieten (also außerhalb der Raumladungszone) zuMinoritätsträgerüberschüssen, die die so genanntenDiffusionsladungen bilden. Diese räumlich getrennten Ladungen müssen bei Änderungen der Durchlassspannung auf- bzw. abgebaut werden und beeinflussen somit das dynamische Verhalten der Diode.
IDD wird als Diffusionsstrom bezeichnet, und ist die so genannteTransitzeit:
Näherungsweise kann man auch annehmen, dass für den Diffusionsbereich und damit auch gilt. Daraus ergibt sich die Näherungsgleichung:
BeiSchottky-Dioden ist, deshalb kann bei Schottky-Dioden die Diffusionskapazität meist vernachlässigt werden.
Die Diffusionskapazität bzw. die Sperrerholzeit verursacht Verluste bei schnellen Schaltanwendungen (Schaltnetzteile); daher verwendet man hier – falls Schottkydioden aufgrund ihrer begrenzten Sperrspannung nicht angewendet werden können – besonders schnelle Siliziumdioden. Für Dioden in HF-Schalter wie der pin-Diode ist dagegen eine große Diffusionskapazität gewünscht, um eine niedrige Impedanz bei hohen Frequenzen zu erreichen.
Das Schaltverhalten kann nur sehr eingeschränkt mit dem Kleinsignalmodell beschrieben werden, denn hier ist das nichtlineare Verhalten der Diode wichtig. Die Beschreibung durch die Diffusionskapazität gibt für das „Ausschalten“ zwar ein qualitativ passendes Bild, liegt aber wegen der Nichtlinearität quantitativ daneben.
Der Wechsel von der Stromleitung in Durchlassrichtung zum Sperrverhalten geht bei einer PN-Diode nicht sofort. Zuerst müssen die zusätzlichen Minoritätsladungsträger entfernt werden. Wenn nicht auf die Rekombination gewartet wird, fließen die Minoritätsladungsträger alsReverse-Recovery-Ladung () als kurzer Strompuls in Sperrrichtung ab. Erst danach wird die Spannung negativ und die Diode geht mehr oder weniger abrupt in den sperrenden Zustand über. Die Zeit, bis die Diode sperren kann, wird Sperrerholzeit () genannt und ist von der Größenordnung der Transitzeit.
Diese Verzögerungszeit erlaubt es, langsamepin-Dioden alsgleichstromgesteuerte Wechselspannungswiderstände fürelektronische Schalter und regelbare Dämpfungsglieder für Hochfrequenzsignale (Periodendauer kurz gegen die Sperrerholzeit) zu verwenden. Umschaltbare Phasenschieber mit pin-Dioden werden auch inPhased-Array-Antennen benötigt.
Oft ist ein schneller Übergang in den sperrenden Zustand gefragt und es werden entsprechend schnelle Dioden mit kurzer Transitzeit (Größenordnung 5–200 ns für Silizium-PN-Dioden) angeboten. Bei Schottkydioden spielen die Minoritätsladungsträger keine wesentliche Rolle und entsprechend gibt es einen sehr schnellen Übergang in den sperrenden Zustand.
Auch der Übergang vom sperrenden Zustand in den leitenden Zustand geschieht nicht sofort, wenn auch recht schnell. Besonders bei PIN-Dioden für hohe Sperrspannungen braucht es eine gewisse Zeit, bis die Minoritätsladungsträger die Sperrschicht bzw. den intrinsischen Bereich geflutet haben. Bei einem sehr schnellen Anstieg des Stromes kann die Spannung in Flussrichtung anfangs deutlich höher werden als im stationären Fall. Die üblichen Bezeichnungen sindtfr für das Wieder-Erreichen von 110 % der nominalen Flussspannung undVfp für den maximalen Wert des Überschwingens (overshoot) der Flussspannung.[13] Bei „normalen“ Dioden (keine PIN) ist die Verzögerung recht kurz, bzw. das Überschwingen der Spannung gering und eher selten relevant.
Der Ab- und Zufluss der Minoritätsladungsträger repräsentiert dieSchaltverluste der Diode, die bei höherfrequenten Leistungsanwendungen (Schaltnetzteile) die Leitverluste übersteigen können.
Die Kathode unipolarer Dioden ist meist mit einem Ring oder Farbpunkt gekennzeichnet. Der Kathodenanschluss vonLeuchtdioden ist durch einen Farbpunkt, ein kürzeres Anschlussbein und/oder eine Gehäuseabflachung gekennzeichnet. BeiLaserdioden ist die Anode meist mit dem Gehäuse verbunden.
Der Diodentyp kann nach zwei Standards gekennzeichnet sein: Gemäß JEDEC-Norm oder gemäß Pro-Electron, jeweils mit einem Farbcode oder einer Beschriftung. Bei der Bezeichnung mit Farbcode ist der erste Ring breiter aufgedruckt und bezeichnet gleichzeitig den Anschluss der Kathode. Bei der Beschriftung wird die Kathode mit einem Ring gekennzeichnet. Einige Hersteller führen eigene Benennungsschemen.
Auch erwähnenswert ist die Kennzeichnung aufBrückengleichrichtern mit je zwei Anschlüssen für die anzulegendeWechselspannung „AC“ und die entnehmbareGleichspannung „+“ und „−“. In der Typenbezeichnung sind oft die maximal zulässige Sperrspannung und Nennstrom enthalten, wobei etwa „E40 C30“ für 40 V Spannung (E) und 30 mA Strom (C) steht.
Die Beschriftung für Dioden gemäßJEDEC setzt sich aus einer Zahl und einem Buchstaben sowie einer weiteren vierstelligen Zahl zusammen (z. B. „1N4148“). Die vierstellige Zahl kann hierbei in der folgenden Farbcodierung angegeben sein:
Halbleiterdioden (Signaldioden, Gleichrichterdioden, aber auch Laser-, Schutz- und Leuchtdioden) haben bestimmte Kenngrößen zur Spezifikation. Sie sind in denDatenblättern genannt und sind wichtig für die Anwendung und die Bemessung deren Beschaltung mit anderen Bauteilen.
Die wichtigsten Kenngrößen und Grenzwerte von Dioden sind:
maximal zulässige Sperrspannung (Gleichrichter- und Signaldioden,Leucht- undLaserdioden)
maximaler Dauer- und Spitzenstrom in Durchlassrichtung (Gleichrichter- und Signaldioden, Leucht- und Laserdioden)
dieFlussspannung oder auch Schleusenspannung bei einem bestimmten Strom (⅟10 Nennstrom für Gleichrichterdioden)
beiZenerdioden 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)
beiSuppressordioden (TVS) die Ansprechzeit, die Energie und die Spitzenleistung, die beimAvalanche-Durchbruch in Sperrrichtung absorbiert werden kann, die Durchbruchspannung sowie die maximalohne Durchbruch garantierte Spannung in Sperrrichtung
insbesondere beiSchottkydioden der stark temperaturabhängige Leckstrom (Sperrstrom)
Die Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung erfolgt bei niedrigen Frequenzen fast ausschließlich durch Silizium-PN-Dioden. Bei sehr großen Leistungen (Leistungsgleichrichter) verwendet man p+sn+-Dioden. Veraltete Typen sind dieGermaniumdiode, derKupferoxydul-Gleichrichter, derSelen-Gleichrichter („Trockengleichrichter“) und die Röhrendiode.Verpolungsschutz-Dioden undFreilaufdioden sind ebenfalls Gleichrichterdioden. Hochspannungsdioden bestehen aus mehreren in einem Gehäuse in Reihe geschalteten Diodenchips, sogenannten Diodenkaskaden. Bei besonders hohen Frequenzen werden bis etwa 200 V SperrspannungSilicium-Schottky-Dioden eingesetzt. Bei hohen Sperrspannungen (aktuell bis etwa 1600 V), hohen Frequenzen und Einsatztemperaturen werden immer öfterSiliciumcarbid-Schottky-Dioden eingesetzt.[14] Diese haben wie auch Silicium-Schottky-Dioden keine Schaltverluste.
Kleinsignaldioden
Kleinsignal-Dioden dienen der Gleichrichtung von kleinen Strömen und Signalen (Demodulator, siehe auchSpitzendiode, hierfür wurden früher auch Röhrendioden verwendet), alsMischer, als Spannungsreferenz, zur Temperaturmessung bzw. -kompensation (Flussspannung (s. o.) bei Siliziumdioden ca. 0,7 V, temperaturabhängig) und alsSchaltdiode für einfache Logikverknüpfungen.
Spannungsstabilisierung
Für die Spannungsstabilisierung und zur Überspannungsbegrenzung kommenZener-Dioden (auchZ-Diode genannt) und die ähnlich aufgebautenSuppressordioden zum Einsatz. Hier wird der in Sperrrichtung auftretendeZenereffekt und derAvalancheeffekt genutzt. Bipolare Suppressordioden für den Einsatz an Wechselspannung bestehen aus zwei gegeneinander in Serie geschalteten unipolaren Dioden.
Sie werden auchVaraktor oderVaraktordiode genannt. Es sind Dioden, deren von der Sperrspannung abhängige Sperrschichtkapazität als steuerbarerKondensator dient. Einsatzbeispiel: Senderabstimmung bei Rundfunkempfängern.
Gesteuerte Gleichrichter und verwandte Bauelemente
Pin-Dioden werden in der Hochfrequenztechnik als steuerbare Dämpfungsglieder oder HF-Schalter eingesetzt.[15] Ein Einsatzbeispiel ist die Bereichsumschaltung analogerTuner in Fernsehern.
Neben den oben genannten Diodentypen gibt es noch eine ganze Reihe von weiteren Typen, die sich keiner bestimmten Kategorie zuordnen lassen oder seltener eingesetzt werden.
Das WortDiode stammt vonaltgriechischδίοδοςdíodos „Durchgang“, „Pass“, „Weg“; das weiblicheSubstantiv setzt sich zusammen aus derPräpositionδιάdiá „durch“, „hindurch“ sowie dem Wortὁδόςhodós „Weg“.[16]
