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Die Eigenschaften des pn-Übergangs werden in Halbleiterdioden genutzt. Halbleiterdioden bestehen aus einer p- und einer n-leitenden Schicht. Die Schichten sind in einem Gehäuse miteinander verbunden und mit Anschlüssen versehen. Wegen dem pn-Übergang ist eine Halbleiterdiode gepolt. Sie hat als Haupteigenschaft, den Strom nur in eine Richtung durchzulassen.
Das Bild links zeigt den Prinzip-Aufbau, das Schaltzeichen und das Bauteil (axial) mit Markierungsring (Kathode). Das Dreieck im Schaltzeichen stellt die p-Schicht dar. Der Balken die n-Schicht. Die Dreiecksspitze zeigt die technische Stromrichtung in Durchlassrichtung an.
Das Bauteil besitzt eine Ringmarkierung auf der Kathodenseite. Dadurch kann man die Anschlüsse voneinander unterscheiden.
Die Diode wird mit dem Plus-Pol an der Anode in Durchlassrichtung betrieben.
Die Diode wird mit dem Plus-Pol an der Kathode in Sperrrichtung betrieben.
Ermittlung einer Diodenkennlinie
Um die Abhängigkeit zwischen Strom und Spannung eines elektronischen Bauelements zu ermitteln wird eine Messschaltung zur Aufnahme der Strom- und Spannungswerte aufgebaut. Diese Schaltung kann zum Beispiel auf die Halbleiterdiode angewendet werden. Die Messschaltung besteht aus einer Spannungsquelle, einem Vorwiderstand zur Strombegrenzung, einem Strommessgerät, einem Spannungsmessgerät und der Halbleiterdiode.
Üblicherweise macht man sich nicht die Mühe eine Diodenkennlinie zu ermitteln. Stattdessen wirft man einen Blick in das Datenblatt der Diode. Dort sind alle notwendigen Kennlinien verzeichnet, die die Abhängigkeit zweier Werte darstellen. Aus jeder dieser Kennlinien ergeben sich ganz bestimmte Eigenschaften.
Die folgenden Messschaltungen zeigt die Anordnung der Schaltungsteile und Messgeräte. Die Strom- und Spannungspfeile sind auch eingezeichnet.
Diodenschaltung zur Messung/Aufnahme der Diodenkennlinie im Durchlassbereich
Uges = Spannung der Spannungsquelle UF = Durchlassspannung, Schwellspannung (Schwellwert) IF = Durchlassstrom
Diodenschaltung zur Messung/Aufnahme der Diodenkennlinie im Sperrbereich
Uges = Spannung der Spannungsquelle UR = Sperrspannung IR = Sperrstrom
Messwerte im Durchlassbereich für eine Silizium-Diode
UF / V
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,75
IF / mA
0
0,02
0,2
1,5
10
30
Die Messwerte beziehen sich auf eine Silizium-Diode in Durchlassrichtung. Um die Durchlassspannung UF zu erhöhen, wird die Spannung UGes des Netzgerätes gleichmäßig erhöht. Nach jedem Schritt wird der Strom in die Tabelle eingetragen.
Diodenkennlinnie
Im Kennlinienfeld sind die Spannungs- und Stromverhaltensweisen einer Germanium- (Ge) und einer Silizium-Diode (Si) dargestellt. Der Durchlassbereich, in dem die Kennlinien der Diode in Durchlassrichtung betrieben wird, liegt rechts oben. Der Sperrbereich, in dem die Kennlinien der Diode in Sperrrichtung betrieben wird, liegt links unten. Die beiden anderen Felder spielen bei der Kennlinienaufnahme keine Rolle.
Die Kennlinie ergibt sich z. B. aus der Messung weiter oben. Dazu werden die Messwerte in die richtigen Koordinaten eingesetzt. Die Punkte werden dann miteinander verbunden. Daraus ergibt sich eine grafische Darstellung der Messwerte: die Kennlinie. Alternativ gibt es die Möglichkeit die Kennlinie mit Hilfe eines Oszilloskops darzustellen.
Die Kennlinie kann z. B. dazu verwendet werden um die Schwellspannung oder den differentiellen Widerstand rF zu bestimmen.
Bei einer kleinen Durchlassspannung UF fließt nur ein kleiner Strom IF. Die Sperrschicht durch die Ladungsträgerdiffusion ist noch sehr groß. Die Halbleiterdiode bzw. der pn-Übergang ist noch sehr hochohmig. Mit steigender Spannung steigt auch der Strom. Aber nur ganz leicht. Ab einer bestimmten Durchlassspannung UF steigt der Durchlassstrom IF stark an. Dieser Spannungswert wird Schleusenspannung genannt, weil die Sperrschicht abgebaut wird und der pn-Übergang sich für den Stromfluss öffnet. Die Schleusenspannung wird auch Schwellspannung genannt. Oberhalb der Schwellspannung bleibt die Haltleiterdiode niederohmig.
Durchbruchspannung
Diese Messung sieht keine Messung in Sperrrichtung vor. Trotzdem soll hier auf die physikalischen Eigenschaften eingegangen werden. Bei der Silizium-Diode haben wir einen sehr kleinen Sperrstrom IR. Ab einer bestimmten Sperrspannung UR werden die Elektronen aus ihren Kristallbindungen gelöst. Dann kommt es zum so genannten Zenerdurchbruch (Durchbruchspannung). Dabei steigt der Strom schlagartig an. Wird dieser Strom nicht begrenzt, dann zerstört sich die Diode.
Bei Germanium-Dioden kommt der Zenerdurchbruch nicht zum Tragen. Dafür steigt der Sperrstrom IR bei steigender Spannung langsam an. Ab einer bestimmten Spannung erhitzen sich die Halbleiterkristalle so stark, dass es zum Wärme-Durchbruch und zur Zerstörung kommt. Die Zerstörung der Halbleiterkristalle ist auch im Durchlassbereich möglich, wenn der maximale Strom überschritten wird.
Es spielt keine Rolle, in welchem Spannungsbereich sich eine Diode befindet. Die Anode der Diode muss in Durchlassrichtung nur um die Schwellspannung positiver sein als die Kathode. Die Schwellspannung ist also als Potential zu sehen.
Die Schwellspannung ist abhängig vom Halbleitermaterial und entspricht nur einem ungefährer Wert. Ein paar Beispiele häufiger Halbleitermaterialien:
Germanium ~ 0,3V
Silizium ~ 0,7V
Selen ~ 0,6V
Kupferoxydal ~ 0,2V
Eigenschaften einer Halbleiterdiode
große Sperrspannung
kleine Durchlassspannung
kleine Baugröße, dadurch empfindlich gegen Überlast
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Die Eigenschaften des pn-Übergangs werden in Halbleiterdioden genutzt. Halbleiterdioden bestehen aus einer p- und einer n-leitenden Schicht. Die Schichten sind in einem Gehäuse miteinander verbunden und mit Anschlüssen versehen. Wegen dem pn-Übergang ist eine Halbleiterdiode gepolt. Sie hat als Haupteigenschaft, den Strom nur in eine Richtung durchzulassen. 
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