Dioden: Funktion, Typen und ihre Anwendungen
Was ist eine Diode?
Eine Diode ist ein elektronisches Bauteil (Halbleiter), das Strom nur in eine Richtung fließen lässt. Sie funktioniert wie ein Einbahnstraßenschild für Elektronen: In der Vorwärtsrichtung leitet sie Strom, in der Rückwärtsrichtung blockiert sie ihn. Diese Eigenschaft macht Dioden zu einem unverzichtbaren Bestandteil fast jeder elektronischen Schaltung. Sie kommen daher bei der Bestückung von Leiterplatten in hoher Zahl zum Einsatz.
Wie funktioniert eine Diode?
Der Aufbau einer Diode basiert auf zwei Halbleiterschichten, der pn-Struktur. Der p-Typ enthält positive Ladungsträger (Löcher), der n-Typ negative Ladungsträger (Elektronen). Zwischen beiden liegt eine Sperrschicht. Legt man eine Spannung in Vorwärtsrichtung an, wird die Sperrschicht überwunden und Strom fließt. In Sperrrichtung bleibt die Schicht bestehen und verhindert den Stromfluss.
Wo werden Halbleiterdioden eingesetzt?
Halbleiterdioden werden in vielen Bereichen eingesetzt: Sie schützen Schaltungen vor falscher Polarität, wandeln Wechselstrom in Gleichstrom um und sind die Basis für moderne Lichttechnik. Ohne Dioden gäbe es keine Ladegeräte, keine Netzteile und keine LED-Beleuchtung. Ihre einfache, aber geniale Funktion macht sie zu einem der wichtigsten Bauteile in der Elektronik.
Standarddioden
Standarddioden sind die klassischen Vertreter. Sie werden vor allem zur Gleichrichtung eingesetzt, also um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. In Netzteilen und Ladegeräten sorgen sie dafür, dass Strom nur in die gewünschte Richtung fließt. Außerdem schützen sie empfindliche Bauteile vor Schäden durch falsche Polarität.
Zener-Dioden
Zener-Dioden sind Spezialisten für Spannungsstabilisierung. Sie lassen Strom in Sperrrichtung fließen, sobald eine bestimmte Spannung erreicht wird. Dadurch eignen sie sich perfekt als Spannungsregler in Netzteilen und Schaltungen. Sie verhindern Spannungsspitzen und sorgen für eine stabile Versorgung.
LEDs (Licht emittierende Dioden)
LEDs sind Dioden, die Licht erzeugen, wenn Strom fließt. Sie sind energieeffizient, langlebig und in nahezu allen Farben verfügbar. LEDs werden in Beleuchtung, Displays, Autoscheinwerfern und sogar in medizinischen Geräten eingesetzt.
Photodioden
Photodioden reagieren auf Licht. Wenn Licht auf sie trifft, erzeugt sie einen elektrischen Strom. Diese Eigenschaft macht sie ideal für Lichtsensoren, Kameras, optische Kommunikationssysteme und Sicherheitstechnik. Photodioden sind extrem empfindlich und können selbst schwache Lichtsignale erkennen, was sie für präzise Messungen unverzichtbar macht.
Die häufigsten verwendeten Typen
| Typ | Bezeichnung | Eigenschaften / Anwendung |
|---|---|---|
| Standard-Gleichrichterdiode | 1N4001 – 1N4007 | Universell für Netzteile, Gleichrichtung von Wechselstrom |
| Schottky-Diode | 1N5819, SS14 | Niedrige Vorwärtsspannung, schnelle Schaltzeiten, ideal für Schaltnetzteile |
| Zener-Diode | BZX55C-Serie (z. B. BZX55C5V1) | Spannungsstabilisierung, Überspannungsschutz |
| Signaldiode | 1N4148 | Hohe Schaltgeschwindigkeit, für Logik- und HF-Schaltungen |
| Leistungsdiode | BY255, HER308 | Hohe Strombelastbarkeit, für Motorsteuerungen und Netzteile |
| LED (Leuchtdiode) | 5 mm Standard-LED, SMD-LED | Anzeige- und Beleuchtungszwecke, in Elektronik und Automotive |
Die Rolle der Diode in Schaltungen
Dioden sind unverzichtbar für die Sicherheit und Funktionalität von Schaltungen. Sie verhindern Schäden durch falsche Stromrichtung, schützen vor Überspannung und sorgen für eine stabile Stromversorgung. In Kombination mit anderen Bauteilen wie Widerständen und Transistoren ermöglichen sie komplexe Funktionen – von der Stromversorgung bis zur Signalverarbeitung.
Elektrische Eigenschaften von Halbleiterdioden
- Durchlassspannung: Formelzeichen:
UF– Typisch: 0,7 V (Si), 0,3 V (Ge) - Durchlassstrom: Formelzeichen:
IF– Strom in Durchlassrichtung - Sperrspannung: Formelzeichen:
UR– Maximal zulässige Spannung in Sperrrichtung - Sperrstrom (Leckstrom): Formelzeichen:
IR– Kleiner Strom in Sperrrichtung - Durchbruchspannung: Formelzeichen:
UBR– Spannung, bei der sie leitend wird - Maximaler Strom: Formelzeichen:
IF,max– Höchstzulässiger Strom in Durchlassrichtung - Kapazität der Diode: Formelzeichen:
CD– Relevant bei schnellen Schaltungen - Leistungsaufnahme: Formelzeichen:
P– Berechnung:P = U · I
