Dioden

Die Diode ist das einfachste bipolare Halbleiterbauelement. Sie besteht aus zwei Zonen, die unterschiedlich dotiert sind. Die beiden Zonen haben je einen Anschluss, die Kathode ist mit der n-dotierten Zone verbunden, die Anode mit der p-dotierten.

Innerer Aufbau einer Diode

Verbindet man die Kathode mit dem negativen Anschluss einer Gleichspannungsquelle und die Anode mit dem positiven Pol, so leitet die Diode. Schließt man sie umgekehrt an, so sperrt sie. Die Diode funktioniert also wie ein Ventil, das den Strom nur in einer Richtung durchlässt. Dies kommt auch im Schaltsymbol zum Ausdruck; der Strom wird nur in Pfeilrichtung durchgelassen.

Schaltsymbol einer Diode

Das Verhalten der Diode wird in einer Kennlinie charakterisiert. In dieser Kennlinie wird der durch die Diode fließende Strom gegen die angelegte Spannung aufgetragen. Man erkennt, dass der Strom in Vorwärtsrichtung nicht bei null Volt zu fließen beginnt, sondern erst bei einer Spannung U_d, der sogenannten Durchlassspannung. Sie hängt vom verwendeten Halbleitermaterial ab, und beträgt für Silizium 0.6 V und für Germanium 0.3 V. Ab dieser Schwelle beginnt der Strom stark zu steigen, die Diode leitet.

Kennlinien einer Si-Diode

Polt man die Diode um, so fließt nur ein sehr kleiner Sperrstrom, man sagt, die Diode 'sperrt'. Der Sperrstrom liegt für Siliziumdioden im Bereich von 10 bis 100 nA.

Vergrössert man die angelegte Spannung bis zur Spannung U_z , so hält die Diode dem 'Druck' nicht mehr stand und der Strom beginnt sehr stark zu steigen. Man spricht von der Durchbruch- oder Zenerspannung U_z. Die Zenerspannung sollte für normale Gleichrichterdioden möglichst hoch liegen (mehrere 100 V), sie kann jedoch für bestimmte Zwecke bei der Fertigung genau eingestellt werden (siehe Zenerdioden).

Eine sehr charakteristische Eigenschaft eines jeden pn-Übergangs ist der negative Temperaturkoeffizient der Durchlassspannung. Er beträgt für Siliziumdioden ca. -2 mV/K und ist über einen weiten Temperaturbereich konstant. Dieser Temperaturkoeffizient hat zur Folge, dass Halbleiterschaltungen immer temperaturempfindlich sind. Dies führt besonders bei analogen Präzisionsschaltungen zu Problemen (AD-Wandler, Referenzelemente, etc.), die durch schaltungstechnische Tricks behoben werden müssen. Der Temperaturkoeffizient kann jedoch auch in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, eine Diode als Temperatursensor einzusetzen.