Best Of Elektornik
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3. Gleichricht- und Schaltdioden

3.1 Kennlinie

Kennlinie Gleichticht- und Schaltdioden

3.1.1 Durchlassrichtung

Kennlinie hat grundsätzlich exponentielles Verhalten.

Diodenstrom Formel

Is...... Sättigungssperrstrom,
I, U.... Diodenstrom, -spannung,
UT..... Temperaturspannung [V] => ~25,7mV bei 20°c

Temperaturspannung Formel

KB..... Bolzmannkonstante => 1,38·10-23 Ns/K
T ...... Temperatur [K]
QE..... Betrag der Elementarladung

3.1.1.1 Bahnwiderstand RB

Die Halbleiterzonen außerhalb des PN übergangs haben einen ohmschen Widerstand größer 0. Er wird als Bahnwiderstand bezeichnet. Er wirkt wie ein Serienwiderstand und verändert somit die exponentielle Kennlinie. Größenordnung des RB im Ω- Bereich

Bahnwiderstand

3.1.1.2 Schleusenspannung US

Wenn man die Kennlinie für größere Ströme darstellt, hat sie einen oder mehr oder weniger deutlichen Knick (bei US)

3.1.2 Sperrrichtung

Hier besteht die Kennlinie prinzipiell aus 2 Teilen.

3.1.2.1 Sperrbereich

Bei kleiner Spannung fließt ein kleiner Sperrstrom (meist kleiner µA) er hängt nur wenig von der Sperrspannung ab.
Ursache: Minoritätsträger welche durch thermische Regeneration in der Raumladungszone entstehen => der Sperrstrom ist relativ stark Temperaturabhängig.

Sperrstrom

IR, IR0... Sperrstrom bei der Temperatur T, Bezugstemperatur T0
C1......... Konstante

Wenn eine bestimmte Spannung überschritten wird, steigt der Sperrstrom stark an => die Diode leitet dann auch in Rückwärtsrichtung. Dafür sind zwei Effekte verantwortlich:

  • Zenereffekt

    Die Feldstärke wird so groß, dass Valenzelektronen durch die Kraft des Feldes losgerissen werden.

    Zenereffekt Formel
  • Lawineneffekt

    Minoritätsträger, die als Sperrstrom durch die Raumladungszone wandern, werden durch die hohe Spannung so schnell, dass sie stoßionisieren können (sie prallen auf Gitteratome und schlagen mit der kinetischen Energie weitere Atome heraus). Die Ladungsträger vervielfachen sich Lawinen artig. Beim Durchbruch einer Diode sind beide Effekte beteiligt. Bei hoher Dotierung überwiegt der Zenereffekt, bei niedriger Dotierung der Lawineneffekt.

    Je höher die Dotierung einer Diode, desto niedriger ist die Durchgangsspannung (siehe Z-Diode)

    Wenn der Strom begrenzt wird, wird die Diode beim Durchbruch nicht zerstört. Zerstörung erfolgt thermisch.

3.1.3 Temperaturabhängigkeit der Diodenkennlinie

Temperaturabhängigkeit der Diodenkennlinie Diagramm

Bei konstantem Strom sinkt die Spannung bei steigender Temperatur.
Bei konstanter Spannung steigt der Strom bei steigender Temperatur.

Weitere Infos über Dioden finden Sie hier