Die Diode

Mit der Diode lassen sich Richtung von Strom und Spannung beeinflussen. Sie ist nützliches Bauteil in vielen Schaltungen.

Von Potentialen und Gefällen

Die Diode hat zwei Seiten: Die Anode und die Kathode - manchmal werden diese auch als Plus und Minus bezeichnet.
Die Diode wird leitend, wenn an ihr ein Potentialgefälle anliegt - d.h. wenn am Ausgang (Kathode) ein kleineres Potential anliegt, als am Eingang (Anode).
Eine Diode leitet stets nur in eine Richtung (in "Flussrichtung"), d.h. von Anode zu Kathode - somit ist sie einsetzbar als Gleichrichter. In der umgekehrten Richtung sperrt die Diode - man spricht dann von Sperrrichtung.

Nichts ist umsonst: Verluste an der Diode

Wie schon in anderen Artikeln erwähnt, hat eine Diode stets einen kleinen Spannungsabfall von ca. 0,5V bis zu 0,7V. Dieser kommt dadurch zustande, das die Elektronen in Flussrichtung eine "Barriere" überwinden müssen.

Aus diesem Spannungsabfall ergibt sich auch eine Verlustleistung, denn es fließt ja schliesslich auch immer ein gewisser Strom durch die Diode. Wenn durch eine Diode z.B. 1 Ampere fliesst und eine Spannung von 0,7V abfällt, dann ergibt sich daraus eine Verlustleistung von 0,7W.

Die Verlustleistung ergibt sich aus folgender Rechnung: P = U * I, wobei U der Spannungsabfall und I der Strom durch die Diode sind.

Dioden haben ausserdem eine gewisse parasitäre Kapazität (auch Sperrschichtkapazität genannt), die dazu führt, das die Diode träge reagiert. Diese Kapazität ist abhängig von den Eckdaten der Diode - eine Diode die für größere Lasten ausgelegt ist, hat ein größeres Sperrgebiet und somit auch eine größere Kapazität.

Von der Vielfalt der Dioden

Gewöhnliche Dioden gibt es in zahlreichen Bauformen und mit unterschiedlichsten Eckdaten. In Sperrrichtung sperren sie in Bereichen von wenigen Volt bis hin zu einigen Kilovolt. Genauso verhält es sich mit dem maximalen Strom, der in Flussrichtung fließen darf - dieser kann je nach Bauteil einige Milliampere bis hin zu einigen hundert Ampere betragen. Da die Verlustleistung auch immer abhängig von dem maximal zulässigem Strom ist, müssen sogenannte Leistungsdioden sogar gekühlt werden, damit die entstehende Abwärme das Bauteil nicht zerstört.

Beispiele 1N4148 und 1N4004

Die beiden Diodentypen 1N4148 und 1N4004 sind Typen, die im Hobbybereich häufig Anwendung finden.

Die 1N4148 ist eine sogenannte Kleinsignaldiode - d.h. eine Diode für vergleichsweise niedrige Ströme und Spannungen. Sie wirkt in Sperrrichtung sperrend bis zu ca. 100V und zeichnet sich durch eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit aus (Schaltzeiten von ca. 4ns). In Flussrichtung kann sie maximal 450 mA leiten.

Die 1N4004 ist eine Diode, die im Gegensatz zur 1N4148 für größere Leistungen ausgelegt ist. Sie kann in Sperrrichtung maximal ca. 400V abhalten und leitet in Flussrichtung maximal 1A, sowie auch kurzzeitig für wenige Millisekunden maximal bis zu 30A. Der Preis für die höheren maximalen Ströme und Spannungen ist in ihrer Reaktionsgeschwindigkeit: Sie ist deutlich träger als die 1N4148.

Die Wahl der richtigen Diode ist also abhängig von den Anwendung - erwartet man hohe Ströme und Spannungen - z.B. um eine Schaltung vor Verpolung zu schützen, so sollte man zur 1N4004 oder vergleichbaren Typen greifen. Um Digitale Signale gleichzurichten oder zu filtern, empfiehlt sich eher die 1N4148, da diese kürzere Reaktionszeiten hat und das Signal aufgrund ihrer kleineren parasitären Kapazität nicht so sehr beeinflusst, wie es z.B. eine 1N4004er Diode tun würde.