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Schwellenspannung

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(Weitergeleitet vonDurchlassspannung)

DieSchwellenspannungUF{\displaystyle U_{\text{F}}}, auchFluss-,Schleusen-,Durchlass-,Vorwärts- oderKniespannung sowie seltenKnickspannung genannt, ist in derElektronik

  1. derSpannungsabfall einer in Durchlassrichtung betriebenenDiode.
  2. dieBasis-Emitter-Spannung einesBipolartransistors bzw. die Gate-Source-Spannung einesFeldeffekttransistors, bei der im Verhältnis zum maximalenKollektor- bzw. Drain-Strom ein nennenswerterStrom fließt.

MöglicheBezugswerte für die Schwellenspannung:

  • DieSpannung, die imKennlinien-Diagramm einer Diode abgelesen werden kann, wenn der scheinbar geradlinige Teil der Kennlinie bis zur x-Achse verlängert wird.
  • BeiMessgeräten mit eingebautem Diodentester wird oft ein Strom von 1 mA als Messstrom verwendet; dies entspricht normalerweise dem 1-kΩ-Widerstandsmessbereich des Gerätes.
  • Bei selbstsperrenden Feldeffekttransistoren (Typ "e") die Threshold-Spannung.

Beschreibung

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Strom-Spannungs-Kennlinie einer Siliziumdiode und eine stückweise lineare Näherung mit einer Schwellenspannung UF von ca. 0,7 V

Die Strom-Spannungs-Kennlinie einerSperrschicht hatkeinen Kennlinienknick und auchkeine natürliche Schwellspannung. Vielmehr ist die Kennlinie eineExponentialfunktion (s. u.), und der differentielleInnenwiderstand wird zumKoordinatenursprung hin immer höher, d. h. die Kennlinie stetig flacher. Lediglich durch stückweise lineare Näherung entsteht die Schwellspannung als eine fiktive Größe.

Die solcherart bestimmten Schwellenspannungen vonGermanium-Signal-Dioden und vonSchottky-Dioden beginnen typisch bei 0,3 V, die vonSilizium-Dioden bei typisch 0,6–0,7 V (vgl.Diffusionsspannung). Zum Beispiel wird einBrückengleichrichter aus Siliziumdioden an einerVersorgungsspannung von 5 V unterBelastung nur eine Ausgangsgleichspannung von ca. 3,6 V zur Verfügung stellen, weil stets zwei Dioden durchflossen werden.

DieShockley-Gleichung beschreibt die StromstärkeID{\displaystyle I_{\text{D}}} durch die Diode im Durchlassbereich in Abhängigkeit von der DurchlassspannungUD{\displaystyle U_{\text{D}}}; sie ist der Spezialfall einerArrhenius-Gleichung:

ID=IS(eUDnUT1){\displaystyle I_{\text{D}}=I_{\text{S}}\,\left(e^{\frac {U_{\text{D}}}{n\,U_{\text{T}}}}-1\right)}

mit

Abweichende Bedeutung

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Abweichend wird der BegriffDurchlassspannung in der Elektrotechnik üblicherweise für den Spannungsabfall an einer Diode oder ähnlichemBauteil unter Betriebsbedingung verwendet. Ist beispielsweise einGleichrichter für einAmpere zugelassen, so gibt der Hersteller die Spannung für diesen Strom und vorgegebene Umgebungstemperatur an.

Literatur

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  • Simon M. Sze, Kwok K. Ng:Physics of Semiconductor Devices. 3. Auflage. John Wiley & Sons, 2006,ISBN 978-0-471-14323-9. 
  • Ulrich Tietze, Christoph Schenk, Eberhard Gamm:Halbleiter-Schaltungstechnik. 11., völlig neu bearb. und erw. Auflage. Springer, Berlin / Heidelberg 1999,ISBN 3-540-64192-0. 
Normdaten (Sachbegriff):GND:4505510-5(lobid,OGND,AKS)
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