Fachlexikon Mechatronik / Dioden

Dioden
Dioden sind Halbleiterbauelemente mit einem PN-Übergang, welche den Stromfluss nur in eine Richtung gestatten. Das spezifische Verhalten wird durch die jeweilige Dotierung im Kristall bestimmt. Sie sind vergleichbar mit einem Rückschlagventil in der Fluidtechnik. In der Wechselstromtechnik werden sie zum Durchlassen oder Sperren von Wechselstrom-Halbwellen verwendet.

Gleichrichterdiode

Schaltdiode

Leistungsdiode

Z-Diode

Leuchtdiode (LED)

Fotodiode

Kapazitätsdiode

Schottky-Diode

Tunneldiode

Backward-Diode

Typenbezeichnung der Dioden
1. Kennbuchstabe		2. Kennbuchstabe
A	Germanium	A	Diode
B	Silizium	B	Kapazitätsdiode
C	z.B. GaAs (Bandabstand ≥1,3 eV)	E	Tunneldiode
D	z.B. InSb (Bandabstand ≥0,6 eV)	P	z. B. Photodiode, Photoelement
R	polykristalliner Halbleiterwerkstoff	Q	z. B. Leuchtdiode
		X	Vervielfacherdiode
		Y	Leistungsdiode
		Z	Z-Diode
Nach Pro Electron wird bei Halbleitern mit dem 1. Buchstaben das Ausgangsmaterial und mit dem 2. Buchstaben die Hauptfunktion gekennzeichnet. Nach der amerikanischen Bezeichnung beginnen Halbleiter mit einer Sperrschicht mit 1N (z. B. 1N4006).

Gleichrichterdiode
	Das Halbleiterelement "Diode" ist, wie der Name Di- (zwei) -oder vermuten lässt, ein Zwei- Elektrodenelement das die Besonderheit hat, dass es für den elektrischen Strom Ventileigenschaften besitzt. D. h. dass beim Anlegen einer Spannung an eine Diode,sie je nach Polung den elektrischen Strom durchlässt oder sperrt (in Sperrrichtung kann der Strom um das 10.000.000fache kleiner sein als der Durchlassstrom). Hauptsächliches Anwendungsgebiet der Diode ist die Gleichrichtung von Wechselstrom. In Wechselrichteranlagen und in der Funk- und Fernsehtechnik werden Gleichrichter zum modulieren, demodulieren, begrenzen und abstimmen verwendet. Die Anschlüsse der Diode sind mit Anode(A) und Kathode(K) bezeichnet und es ist festgelegt, dass ein Strom nur von A nach K fliessen darf, aber nicht umgekehrt. Materialien aus denen Dioden hergestellt werden sind Silizium, Germanium und Selen.

Typ	U_R	I_F	P_V	U_F	I_R	Gehäuse
BA170	20V	150mA	300mW	1,0V	50nA	DO-35
BA201	50V	150mA	500mW	1,2V	100nA	DO-35
BAV17	25V	200mA	400mW	1,0V	100nA	DO-35
BAV19	120V	200mA	400 mW	1,0V	100nA	DO-35
BAV20	200V	200mA	400mW	1,0V	100nA	DO-35
BAV21	250V	200mA	400 mW	1,0V	100nA	DO-35
BAW75	35V	150mA	500mW	1,0V	100nA	DO-35
BAW76	75V	150mA	500mW	1,0V	100nA	DO-35
BAX13	50V	48mA	500mW	1,53V	200nA	DO-35
BAX16	165V	200mA	400mW	1,3V	100nA	DO-35
BAY80	150V	100mA	400 mW	1,0V	<100nA	DO-35
ITT600	75V	200mA	500mW	1,0V	<100nA	DO-35
1N456A	30V	150mA	400mW	1,0V	<25nA	DO-35
1N457	60V	150mA	400mW	1,0V	<25nA	DO-35
1N458A	150V	150mA	400 mW	1,0V	<25nA	DO-35
1N459A	200V	150mA	400 mW	1,0V	<25nA	DO-35
1N483A	70V	150mA	400 mW	1,0V	<25nA	DO-35
1N483B	80V	150mA	400 mW	1,0V	<25nA	DO-35
1N484A	150V	150mA	400 mW	1,0V	<25nA	DO-35
1N484B	150V	150mA	400 mW	1,0V	< 250nA	DO-35
1N485	200V	150mA	400 mW	1,0V	< 250nA	DO-35
1N485A	200V	150mA	400 mW	1,0V	< 25nA	DO-35
1N485B	200V	150mA	400 mW	1,0V	< 25nA	DO-35
1N277	120V			<1,OV		DO-7
1N278	60V			<1,OV		DO-7
1N283	25V			<1,OV		DO-7
1N695	20V	100mA		<1,OV		DO-7
1N695A	25V	150mA		<0,5V		DO-7
1N994	8V	20mA		<1,OV		DO-7
1N995	15V	30mA		<0,5V		DO-7
1N996	25V	50mA		<0,8V		DO-7
1N3466	40V	75mA		< 1,OV		DO-7
1N3467	15V			<0,5V		DO-7
1N3469	35V	85mA		< 1,0V		DO-7
1N3666	80V			<1,OV		DO-7
1N3773	25V			<0,5V		DO-7
1N4001	50V	1A		1,1 V		DO-15
1N4002	100V	1A		1,1 V		DO-15
1N4003	200V	1A		1,1 V		DO-15
1N4004	400V	1A		1,1 V		DO-15
1N4005	600V	1A		1,1 V		DO-15
1N4006	800V	1A		1,1 V		DO-15
1N4007	1000V	1A		1,1 V		DO-15
1N4148	100V	100mA	500mW			DO-35
1N5400	50V	3A
1N5401	100V	3A
1N5402	200V	3A
1N5403	300V	3A
1N5404	400V	3A
1N5405	500V	3A
1N5406	600V	3A
1N5407	800V	3A
1N5409	1000V	3A

Schaltdiode
	Die Schaltdiode wird eingesetzt zum raschen Umschalten von hohen auf niedrigen Impedanzen und umgekehrt. Die eine zusätzliche Diffusion von Gold wird die Schaltzeit verkürzt. Eine Diffusion mit Gold begünstigt die Rekombination von Elektronen und Löchern.

Leistungsdiode
Dioden werden als Leistungsdioden bezeichnet, wenn der Durchlassstrom mehr als 1 A beträgt.

Z-Diode
	Die Z-Diode, auch Zenerdiode genannt, wird als Begrenzerdiode eingesetzt. Die Wirkung des Halbleiters beruht auf den Effekt der Eigenleitung infolge hoher Feldstärke. Die Z-Diode wurde nach dem Erfinder des Zenereffekt benannt, dem deutschen Physiker Zener. Z-Dioden bestehen aus dem Halbleiterwerkstoff Silizium und werden eingesetzt zur Spannungsstabilisierung, Spannungsbegrenzung bei Gleichspannung. Z-Dioden sind für verschiedene Zenerspannungen erhältlich, z.B. 2,7 V die ZPD2,7; 3 V die ZPD3; 9,1 V die ZPD9,1. Bei geringfügigem Überschreiten der spezifischen Zenerspannung steigt der Zenerstrom extrem stark an und führt zur Zerstörung der Diode. Deshalb werden Z-Dioden immer mit einem Vorwiderstand zur Strombegrenzung betrieben.

Typ	Gehäuse	P_tot in W	U_Z in V	I_Z in mA	U_Z in %
BZV15	Sod-38	2,2	10-75	1K-200	5
BZX48	To-18		6,5	2	5
BZX49	To-18		6,5	2	5
BZX50	To-18		6,5	2	5
BZX55C	Do-35	0,4	4,7-75	5	5
BZX70	Sod-18	2,5	10-75	50-10	5
BZX75C1V4	Do-7	0,4	1,4	10	5
BZX75C2V1	Do-7	0,4	2,1	10	5
BZX75C2V8	Do-7	0,4	2,8	10	5
BZX75C3V6	Do-7	0,4	3,6	10	5
BZX79C2V4	D0-35	0,5 W	2,4 V	5 mA	5 %
BZX79C2V7	D0-35	0,5 W	2,7 V	5 mA	5 %
BZX79C3V0	D0-35	0,5 W	3,0 V	5 mA	5 %
BZX79C3V3	D0-35	0,5 W	3,3 V	5 mA	5 %
BZX79C3V6	D0-35	0,5 W	3,6 V	5 mA	5 %
BZX79C3V9	D0-35	0,5 W	3,9 V	5 mA	5 %
BZX79C4V3	D0-35	0,5 W	4,3 V	5 mA	5 %
BZX79C4V7	D0-35	0,5 W	4,7 V	5 mA	5 %
BZX79C5V1	D0-35	0,5 W	5,1 V	5 mA	5 %
BZX79C5V6	D0-35	0,5 W	5,6 V	5 mA	5 %
BZX79C6V2	D0-35	0,5 W	6,2 V	5 mA	5 %
BZX79C6V8	D0-35	0,5 W	6,8 V	5 mA	5 %
BZX79C7V5	D0-35	0,5 W	7,5 V	5 mA	5 %
BZX79C8V2	D0-35	0,5 W	8,2 V	5 mA	5 %
BZX79C9V1	D0-35	0,5 W	9,1 V	5 mA	5 %
BZX79C10	D0-35	0,5 W	10 V	5 mA	5 %
BZX79C12	D0-35	0,5 W	12 V	5 mA	5 %
BZX79C15	D0-35	0,5 W	15 V	5 mA	5 %
BZX79C18	D0-35	0,5 W	18 V	5 mA	5 %
BZX79C33	D0-35	0,5 W	33 V	5 mA	5 %
BZX79C39	D0-35	0,5 W	39 V	5 mA	5 %
BZX79C47	D0-35	0,5 W	47 V	5 mA	5 %
BZX79C56	D0-35	0,5 W	56 V	5 mA	5 %
BZX79C75	D0-35	0,5 W	75 V	5 mA	5 %
BZX83C	D0-35	0,4 W	2,7-33 V	5 mA	5 %
BZX85C2V7	D0-41	1,3 W	2,7 V	5 mA	5 %
BZX85C3	D0-41	1,3 W	3,0 V	5 mA	5 %
BZX85C3V3	D0-41	1,3 W	3,3 V	80 mA	5 %
BZX85C3V6	D0-41	1,3 W	3,6 V	60 mA	5 %
BZX85C3V9	D0-41	1,3 W	3,9 V	60 mA	5 %
BZX85C4V3	D0-41	1,3 W	4,3 V	50 mA	5 %
BZX85C4V7	D0-41	1,3 W	4,7 V	45 mA	5 %
BZX85C5V1	D0-41	1,3 W	5,1 V	45 mA	5 %
BZX85C5V6	D0-41	1,3 W	5,6 V	45 mA	5 %
BZX85C6V2	D0-41	1,3 W	6,2 V	35 mA	5 %
BZX85C6V8	D0-41	1,3 W	6,8 V	35 mA	5 %
BZX85C7V5	D0-41	1,3 W	7,5 V	35 mA	5 %
BZX85C8V2	D0-41	1,3 W	8,2 V	25 mA	5 %
BZX85C9V1	D0-41	1,3 W	9,1 V	25 mA	5 %
BZX85C10	D0-41	1,3 W	10 V	25 mA	5 %
BZX90	Do-35	0,4	6,5	7,5	5
BZX97/C3V3	Do-35	0,5	3,3	5	5
BZX97/C33	Do-35	0,5	33	2	5
BZY78	Do-7	0,28	5,3	11,5	5
BZY83C	Do-35	0,25	2,7-24	5	5
BZY85C	Do-7	0,4	2,7-24	5	5
ZD75	Do-13	1,32	75	10	5
ZF33	Do-7	0,4	33	5	5
ZG33	Do-7	0,4	33	5	10
ZPD51	Do-35	0,5	51	5	5
ZPD75	Do-41	1,3	75	10	5
ZTE1,5	Do-35	0,3	1,4	5	5
ZTE2	Do-35	0,3	2,15	5	5
ZTE2,7	Do-35	0,3	2,7	5	5
ZTE3,6	Do-35	0,3	3,6	5	5
Die Z-Dioden vom Typ ZPD mit 0,5W Leistung sind austauschbar für die Typen: BZX55...; ZX71...; BZX79...Beispiel: BZX83C2V7 = ZPD2,7. Die 1,3W-Z-Dioden sind austauschbar gür die Typen: ZD...; BZX29...; BZX85...; BZY92...; BZY95...; BZY96...; BZY97...Beispiel: ZD3,9 = ZPY3,9.

Leuchtdiode
	Leuchtdioden (LED) sind lichtemittierende Dioden und bestehen aus aus einem pn-Übergang, der in Durchlassrichtung gepolt wird. LED sind Halbleiter die aus verschiedenen Mischkristallen bestehen wie beispielsweise Galliumarsenid (GaAs) und Galliumphosphid (GaP), die speziell dotiert werden. LED`s werden angewendet zu Anzeigen, als Lichtsender bei Lichtschranken und als Optokoppler.
Der Aufbau einer LED besteht aus einem LED-Chip, der sich in einer Epoxidharzlinse befindet. Dabei tritt das Licht aus dem Halbleiterkristall, der durch einen kontrollierten Stromfluss zum Leuchten angeregt wird. Im Übergangsbereich - auch pn-Übergang oder Sperrschicht genannt - entsteht Licht in einem Rekombinationsprozess, bei dem ein Ausgleich zwischen Elektronenüberschuss und -mangel erfolgt, wenn richtig gepolte Gleichspannung an den Kristall angelegt wird.
Leuchtdioden-Anzeigen (LED-Anzeigen)
LED-Farbe	Halbleiter	Wellenlänge	Durchlassspannung
infrarot	Ga As	950 nm	1,3...1,5 V
rot	Ga As P	660 nm	1,6...1,8 V
orange	Ga As P	610 nm	1,6 V
gelb	Ga As P	590 nm	2,0...2,2 V
grün	Ga P	565 nm	2,0...2,2 V

Berechnungstool für den Vorwiderstand bei Leuchtdioden bereitgestellt von Wolfgang Grebe (http://www.dieaerzte.de)
In Schaltungen mit höherer Betriebsspannung muss grundsätzlich der Stromfluss begrenzt werden. Dies geschieht am einfachsten über einen berechneten Vorwiderstand aus den vorgegebenen Größen: Betriebsspannung, Durchlassspannung und Durchlassstrom (Richtwert 15...20 mA für Standard und 1,5 mA für LowPower-LED). Beispielsweise wäre dies ein Vorwiderstand von 560 Ω für eine rote Standard-Diode betrieben an 12 V Versorgungsspannung bzw. 1,2 kΩ bei 24 V. Achtung! Die Durchlassspannung sollte vor der Berechnung überprüft werden. Der Wert kann je nach Typ und Art der LED vom Standardwert abweichen. Nachfolgend das Berechungstool nach der Formel: R_V = (U_B - U_F) / I_F
LED-Durchlassspannung:	V 1,8V 2,2V 2,1V
Betriebsspannung:	V
Betriebsstrom:	mA
Spannung am Vorwiderstand:	V
errechneter Vorwiderstand:	Ω
anwendbarer Vorwiderstand:	Widerstand der Normreihe: Ω wirksamer Strom: mA
Verlustleistung am Widerstand:	mW
HighPower-LED
Seit der Erfindung der Glühlampe im Jahr 1879 gab es keine vergleichbare Revolution im Leuchtmittelbereich. Unter Normalbedingungen erreicht eine HighPower-LED eine 20fach höhere Lebensdauer gegenüber einer Glühlampe. Bei Beachtung der max. zulässigen Stromstärke sind mindestens 50.000 Betriebsstunden erreichbar. High-Power-LEDs zeichnen sich durch überdurchschnittlich große LED-Chips aus. Oftmals sind mehrere Chips in einem Gehäuse untergebracht. Um die Verlustwärme durch einen niedrigen Wärmewiderstand abzuleiten sind die Halbleiter-Chips auf einem Kühlkörpermetall montiert. Anstatt des Betriebsstrom von ca. 20 mA bei herkömmlichen LEDs wird bei HighPower-LEDs ein Betriebsstrom von 350 mA ermöglicht. Dies sorgt für eine sehr hohe Lichtleistung, die frei von UV- und IR-Strahlen ist. Vorteilhaft ist außerdem die Ausfallsicherheit, die Stoß- und Vibrationsfestigkeit sowie die niedrigen Wartungs- und Energiekosten.

Fotodiode
Halbleiterdiode, bei der der Sperrschichtfotoeffekt ausgenutzt wird. An PN-Übergang liegt eine Sperrspannung. Das einfallende Licht löst Elektronen aus der Gitterbindung. Dadurch entstehen zusätzliche freie Elektronen und Löcher. Diese erhöhen den Sperrstrom proportional zur Lichtintensität.

Kapazitätsdiode
	Die Kapazitätsdiode wirkt am PN-Übergang wie ein Kondensator. Das Dielektrikum ist das vom Ladungsträger entblößte Halbleitermaterial. Eine Erhöhung der angelegten Spannung verbreitert die Sperrschicht und verkleinert die Kapazität. Eine Spannungsverringerung hat eine Vergrößerung der Kapazität zur Folge.

Schottky-Diode
	Halbleiterdiode mit einem Metall-Halbleiter-Übergang. Weil Elektronen leichter aus N-Silizium in die Metallschicht gelangen als umgekehrt, entsteht im Halbleiter eine an Elektronen verarmte Randschicht, die sogenannte Schottky-Sperrschicht. Der Ladungstransport erfolgt ausschließlich durch Elektronen. Dadurch kann ein extrem schnelles Umschalten erfolgen, weil keine Minoritäten-Speichereffekte auftreten.

Tunneldiode
	Tunneldioden sind sehr stark dotiert, dadurch ist die Grenzschicht nur noch wenige Atomabstände breit. Bei der Tunneldiode wird der Effekt eines negativen dynamischen Widerstandes ausgenützt. Das Einsatzgebiet umfasst die Schwingungserzeugung hoher Frequenzen und die Versteilerung von Impulsen.

Backward-Diode
	Backward-Dioden sind Dioden die etwas schwächer als die Tunneldiode dotiert sind. Dadurch ist der Höcker beim Kennlinienverlauf nicht mehr so stark ausgeprägt. Der Name "Backward" steht übersetzt für rückwärts, benannt nach der Anwendung dieser Diode. Verwendung finden Backward-Dioden bei der Gleichrichtung kleiner Wechselspannungen (<300 mV), die mit einer üblichen Diode nicht möglich sind, aufgrund der zu hohen Schwellspannung. Da Backward-Dioden in negativen Zweig keine Sperrwirkung aufweisen, besitzen sie keine Schwellspannung.