Bereits aus der Klasse-N-Ausbildung ist die Grundfunktion der Diode bekannt: sie lässt Strom nur in einer Richtung fließen, nämlich wenn die an der Anode anliegende Spannung ($U_a$) größer ist als die Spannung an der Kathode ($U_k$), vgl. Abbildung EA-5.8.1 .
Prüfungsfrage EC501
Eine in Sperrrichtung betriebene Diode zeichnet sich insbesondere aus durch ...
A
einen hohen Widerstand.
B
eine hohe Kapazität.
C
eine geringe Impedanz.
D
eine hohe Induktivität.
Betrachten wir eine Diodenkennlinie in Abbildung EA-5.8.2 , so steigt der Diodenstrom bei positiven $U_d$ ab einer gewissen Spannung steil an. Diese Spannung wird auch als Schwellspannung $U_{th}$ bezeichnet, sie ist aber nur Ausdruck der unterschiedlichen $I_S$: je kleiner $I_S$, desto höher ist die Schwellspannung.
Als Anhaltspunkte für die Schwellspannung von pn-Dioden können wir für Ge etwa $0,2-0,3 V$ und für Si etwa $0,6-0,7 V$ angeben.
Leuchtdioden (LEDs) sind ebenfalls pn-Dioden, bei denen das Halbleitermaterial so beschaffen ist, dass es bei Polung der Diode in Flussrichtung Licht aussendet. Das geht nur mit bestimmten Materialien - mit Si und Ge nicht. Die Farbe des Lichts ist durch die Energiebandlücke gegeben. Je größer die Energiebandlücke, desto kurzwelliger das Licht, um so geringer der Sperrsättigungsstrom, und daher um so höher die Schwellspannung. Daher haben rote LEDs etwa $1,7 V$ Schwellspannung und grüne LEDs $2,5 V$. Die verschienden Kennlinien sind in der Abbildung EA-5.8.3 dargestellt.
Prüfungsfrage EC513
Bei welcher Bedingung wird eine Siliziumdiode leitend?
A
An der Anode liegen 5,7 V, an der Kathode 6,4 V an.
B
An der Anode liegen 5,7 V, an der Kathode 5,0 V an.
C
An der Anode liegen 5,0 V, an der Kathode 5,1 V an.
D
An der Anode liegen 5,0 V, an der Kathode 5,7 V an.
Prüfungsfrage EC503
Welche typischen Schwellspannungen haben Germanium- und Siliziumdioden? Sie liegen bei ...
A
Germanium zwischen 0,6 bis 0,8 V, bei Silizium 1,4 bis 1,6 V.
B
Germanium zwischen 0,6 bis 0,8 V, bei Silizium zwischen 0,2 bis 0,4 V.
C
Germanium zwischen 0,2 bis 0,4 V, bei Silizium zwischen 0,6 bis 0,8 V.
D
Germanium zwischen 1,4 bis 1,6 V, bei Silizium 0,6 bis 0,8 V.
Prüfungsfrage EC506
Welche Diode wird durch Kennlinie 2 charakterisiert?
A
Schottkydiode
B
Germaniumdiode
C
Siliziumdiode
D
Leuchtdiode
Prüfungsfrage EC507
Welche Diode wird durch Kennlinie 3 charakterisiert?
A
Siliziumdiode
B
Germaniumdiode
C
Leuchtdiode
D
Schottkydiode
Prüfungsfrage EC508
Welche Diode wird durch Kennlinie 4 charakterisiert?
A
Schottkydiode
B
Siliziumdiode
C
Leuchtdiode
D
Germaniumdiode
Da LEDs in Flussrichtung betrieben werden, ist es wichtig, einen Widerstand $R_V$ zwischen Spannungsquelle $U$ und LED zu schalten. $R_V$ stellt den erwünschten Strom $I$ ein. Dabei ist die Schwellspannung $U_{th}$ der LED zu berücksichtigen:
$ I=\frac{U-U_{th}}{R_V}$
Prüfungsfrage EC514
Wozu dient die folgende Schaltung?
A
Leuchtanzeige
B
Stromgewinnung
C
Leistungsüberwachung
D
Spannungserhöhung
Prüfungsfrage EC515
Eine Leuchtdiode mit einer Durchlassspannung von 1,4 V und einem Durchlassstrom von 20 mA soll an eine Spannungsquelle von 5,0 V angeschlossen werden. Berechnen Sie den Vorwiderstand. Die Größe des benötigten Vorwiderstandes beträgt ...
A
320 Ohm.
B
180 Ohm.
C
250 Ohm.
D
70 Ohm.
Prüfungsfrage EC516
Folgende Schaltung einer Leuchtdiode wird an einer Betriebsspannung von 5,5 V betrieben. Der Strom durch die Leuchtdiode soll 25 mA betragen, wobei die Durchlassspannung 1,75 V beträgt. Der notwendige Vorwiderstand muss folgende Werte haben:
A
150 Ohm/0,06 W
B
70 Ohm/0,06 W
C
70 Ohm/0,1 W
D
150 Ohm/0,1 W
In unserem einfachen Modell fließt für negative $U_d$ nur ein geringer Sperrstrom. Das stimmt aber nicht für sehr negative Spannungen. Irgendwann wird das elektrische Feld über der Verarmungszone zwischen n und p zu hoch und die Diode "bricht durch", der Strom in Rückwärtsrichtung steigt extrem stark an, wie in Abbildung EA-5.8.4 gezeigt.
Dieser Sperrdurchbruch kann verschiedene physikalische Ursachen haben, die wir hier nicht im Detail behandeln können. Die Spannung, bei der dieser Durchbruch passiert, wird gemeinhin als Zener-Spannung $U_z$ bezeichnet, auch wenn der Zener-Effekt (ein quantenmechanischer Tunneleffekt) nur ein möglicher Durchbruchmechanismus ist. Zenerdioden werden zur Spannungsstabilisierung verwendet. Dabei ist es wichtig, den Durchbruchstrom durch einen Vorwiderstand zu begrenzen.
EA-5.8.5) ist das einer regulären Diode, bei der der Kathodenstrich eine zusätzliche Fortsetzung unter $90 °$ erhält. Dies soll an das "Abknicken" der Kennlinie im Durchbruch erinnern.
Prüfungsfrage EC517
Welches Bauteil wird durch das Schaltzeichen symbolisiert?
A
Z-Diode
B
Freilaufdiode
C
Leuchtdiode
D
Kapazitätsdiode
Prüfungsfrage EC521
Eine unbelastete Z-Diode soll eine 13,8 V Betriebsspannung auf 5 V stabilisieren. Dabei soll ein Strom von 30 mA durch die Z-Diode fließen. Der Ausgang der Schaltung soll nicht belastet werden. Berechnen Sie den Wert des Vorwiderstands.
A
ca. 167 Ohm
B
ca. 293 Ohm
C
ca. 3,41 \milliOhm
D
ca. 460 Ohm
Prüfungsfrage EC522
Folgende Schaltung einer Stabilisierungsschaltung mit Z-Diode ist gegeben. Der Strom durch die Z-Diode soll 25 mA betragen und der Laststrom ist 20 mA. Der Wert des notwendigen Vorwiderstandes beträgt ...
A
ca. 188 Ohm.
B
ca. 202 Ohm.
C
ca. 235 Ohm.
D
ca. 364 Ohm.
Die bisher behandelten Dioden waren alle pn-Dioden , die Diodeneigenschaft entsteht durch einen Halbleiterübergang. Bei der Schottky-Diode handelt es sich um eine Diode, deren Eigenschaften durch einen Metall-Halbleiter-Übergang entstehen. Die Schwellspannung ist etwa halb so groß wie die einer pn-Diode aus dem selben Material, oder kleiner, abhängig von der genauen Gestaltung des Metall-Halbleiter-Übergangs. Schottky-Dioden werden eingesetzt, wenn die Schwellspannung gering sein soll, oder aber als sehr schnelle Schaltdioden.
Prüfungsfrage EC504
Welches sind die Haupteigenschaften einer Schottkydiode?
A
Sehr hohe Durchlassspannung und sehr hohe Schaltfrequenz.
B
Sehr hohe Durchlassspannung und sehr niedrige Schaltfrequenz.
C
Sehr niedrige Durchlassspannung und sehr niedrige Schaltfrequenz.
D
Sehr niedrige Durchlassspannung und sehr hohe Schaltfrequenz.
Prüfungsfrage EC505
Welche Diode wird durch Kennlinie 1 charakterisiert?
A
Leuchtdiode
B
Schottkydiode
C
Germaniumdiode
D
Siliziumdiode
Metall-Halbleiter-Dioden sind die ältesten Gleichrichterbauelemente auf Halbleiterbasis. Ferdinand Braun entdeckte ihren Gleichrichtereffekt bereits 1874, ohne aber seine Beobachtung erklären zu können.
Fassen wir zusammen:
Dioden lassen Strom nur einer Richtung fließen. Daher eignen sie sich zur Gleichrichtung von Wechselstrom.
Bei hohen Sperrspannungen allerdings ($U_d < U_z$), steigt der Strom in Rückwärtsrichtung stark an. Dieser Betriebspunkt kann sehr gut zur Spannungsstabilisierung genutzt werden (Zenerdiode ).
Daneben lassen sie sich in Sperrrichtung auch als spannungsgesteuerte Kapazitäten verwenden, dies werden wir aber erst in der Ausbildung zur Klasse A behandeln.
Prüfungsfrage EC502
Wofür können Halbleiterdioden beispielsweise verwendet werden?
A
als Widerstand in Netzteilen
B
als Verstärker in Stromversorgungen
C
zur Gleichrichtung von Wechselspannung
D
zur Speicherung von Wechselströmen
Prüfungsfrage EC518
Für welchen Zweck werden Z-Dioden primär eingesetzt?
A
Zur Stromstabilisierung
B
Zur Zweiwegstabilisierung
C
Zur Spannungsstabilisierung
D
Zur Leistungsstabilisierung
Prüfungsfrage EC519
Wozu dient folgende Schaltung?
A
Spannungsstabilisierung
B
Stromgewinnung
C
Leuchtanzeige
D
Spannungserhöhung