Die Diode - Das elektronische Ventil

 

Materialbedarf

 

Anz. Bezeichnung Datenblatt
1 Batterie/Spannungsquelle 9V  
1 Widerstand 1,0 kOhm  
4 Diode 1N4001 (1N4001-1N4007)
1 Schottky-Diode BAT85
1 Multimeter  

 

 

Grundlagen

 

Es gibt immer wieder Situationen, wo man den Strom daran hindern muss, in eine bestimmte Richtung zu fließen. Um dies zu erreichen, kommt die Diode zum Einsatz. Sie ist das einfachste Halbleiter-Element. Trotz ihres einfachen Aufbaus, gibt es sie in etlichen verschiedenen Versionen. Von Kleinsignal-Dioden die eine Maximal-Belastung von ein paar mA besitzen bis hin zu Typen die 200 A schaffen. Ebenso sind Dioden zu bekommen, die sehr schnell sind usw. usw.

 

Kleine Auswahl von Kleinsignaldioden

 

Eine Diode ist ein Bauteil mit 2 Anschlüssen. Die kleineren Typen besitzen ein Plastik oder Glasgehäuse. Da bei diesem Bauteil auf die Polung geachtet werden muss, hat eine Seite des Gehäuses einen Ring. Dieser kennzeichnet den Kathoden-Anschluss. Der andere Anschluss wird als Anode bezeichnet. Durch die Diode kann nur Strom fließen, wenn an der Anode ein höherer Spannungswert als an der Kathode anliegt.

 

 

Grundfunktion der Diode

 

 

Um die Diode zu verstehen, testen wir einfach mal die Funktion. Mit der nebenstehender Schaltung messen wir am Widerstand eine Spannung von ca. 8,4 V. Wie wir ja wissen, fällt an einem Widerstand nur dann eine Spannung ab, wenn ein Strom fließt.

Das heißt, die Diode leitet oder anders gesagt, sie ist in Durchlassrichtung geschaltet. Wie aber zu sehen ist, liegt an dem Widerstand nicht die volle Spannung an. Wo ist der Rest? Der muss dann an der Diode anliegen.

 

Wie schon vermutet, messen wir die fehlenden 0,6V. Diese benötigt die Diode um arbeiten zu können. Für Dioden auf Silizium-Basis ist diese Spannung typisch und sie bleibt auch bei unterschiedlicher Belastung ziemlich konstant. Wer Dioden benötigt, die eine kleinere Durchgangsspannung haben, greift auf die so genannten Schottky-Dioden zurück, wie der BAT85. Diese benötigen nur ca. 0,3 V.

 

Bei dieser Messung zeigt unser Multimeter 0 V an. Das kommt daher, das bei dieser Schaltung kein Stromfluss zustande kommt. Die Diode ist in diesem Beispiel entgegen der Stromrichtung geschaltet. Sie sperrt den Strom. Diese Richtung wird auch Sperrichtung genannt. Bei einer Sonderform der Dioden, den Zenerdioden, ist diese Richtung die Arbeitsrichtung. Diese Art wird später beschrieben.

 

Wenn keinerlei Spannung am Widerstand zu messen ist, muss ja die gesamte Spannung an der Diode vorhanden sein. Die Messung an der Diode bestätigt das.

Mit Hilfe dieser Möglichkeiten lässt sich einiges anfangen. Ein Beispiel dafür wäre die Gleichrichtung. Das heißt, aus einer Wechselspannung eine Gleichspannung zu machen. Dafür gibt es mehrere Verschaltungsmöglichkeiten von Dioden. Die Bekannteste möchte ich hier mal aufzeigen.

 

 

Brückengleichrichter

 

 

Die nebenstehende Schaltung zeigt den Aufbau eines Brückengleichrichters. Dies ist die am meisten verwendetste Gleichrichterschaltung. Diese Schaltungsart gibt es auch schon fertig verdrahtet in einem einzigen Gehäuse. Dazu in einem anderen Kapitel mehr.

Unser Multimeter zeigt hier eine Spannung von ca. 7,4 V an. Der Rest fällt an den Gleichrichterdioden ab. Genauer gesagt an D2 und D3. Der Strom fließt über D3 zum Widerstand und dann über D2 wieder zurück zur Batterie. D1 und D4 sind hier in Sperrrichtung.

 

Auch hier zeigt unser Messgerät wieder die Spannung in der selben Richtung an. Obwohl die Batterie 'Falsch' herum angeschlossen ist. Dies wird durch den Dioden bewirkt. Hier fließt der Strom über D1, den Widerstand und durch D4 wieder zurück zur Batterie. Die Polarität am Widerstand und somit am Messgerät bleibt also gleich.

Ersetzt man jetzt die Batterie z.B. durch ein Halogentrafo oder Modellbahntrafo, zeigt das Messgerät eine Gleichspannung an. Die angeschlossene Wechselspannung wurde also in Gleichspannung umgewandelt. Man sagt auch Gleichgerichtet. Für elektronische Schaltungen sind aber noch mehr Schritte notwendig, um die Spannung in dieser Form verwenden zu können. Bei der hier erzeugten Spannung handelt es sich nämlich um eine pulsierende Gleichspannung die bei vielen elektronischen Schaltungen ein undefinierbares Verhalten hervorruft. In einem anderen Kapitel werde ich das näher erklären.

 

 

Die Schottky-Diode

 

In der HF-Technik hat man aber mit der 1N4001 ein kleines Problem. Sie ist sehr langsam. Aber auch bei einigen anderen Schaltungen gibt es da ein Problem. Insbesondere bei batteriebetriebenen Geräten. Möchte man dort eine Diode als Verpolungsschutz einsetzen gehen bei einer normalen Diode schon 0,7 V verloren. Dies ist für ein batteriebetriebenes Gerät schon sehr viel. Es gibt aber ein besseres Bauteil für solche Probleme.

 

Es ist die Schottky-Diode. Um in einen Schaltplan diese Diode zu kennzeichnen wird ein etwas anderes Schaltsymbol verwendet. Diese Diode ist sehr schnell. Der hier verwendete Typ BAT85 kann Signale bis 250 MHz verarbeiten und hat eine Durchlassspannung von ca. 0,3 V. Die 1N4001 schafft im Extremfall gerade mal 33 KHz.

 

 

Der Versuch vom Anfang dieses Lehrganges wird noch einmal aufgebaut. Aber nun mit der Schottky-Diode. Wird die Schaltung in Betrieb genommen und der Spannungsabfall gemessen, wird man feststellen, dass diese hier ca. 0,3-0,4 V beträgt. Also um einiges geringer als bei der normalen Diode.

In Sperrrichtung verhält sich diese Diode nicht anders wie die 1N4001.

 

Um dies noch einmal zu überprüfen, drehen wir die Diode einfach mal um und messen wieder die Spannung an der Diode.

Man wird schnell feststellen, das auch bei dieser Diode die ganze Spannung abfällt. Die Diode sperrt also.

 

 

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