Stand: 2004-03

Thomas Mertin
Netzwerk- und Elektrotechnik
D-41334 Nettetal

Aufbau

Die nach dem Wissenschaftler C. Zener benannte Diode hat im Unterschied zur Gleichrichter-Diode eine höhere Dotierung. Es entsteht eine dünnere Sperrschicht, wodurch ein Durchbruch in Sperrichtung schneller stattfinden kann (etwa zwischen 1V und 50V) als bei Gleichrichter-Dioden (zwischen 80V und 1500V).

Wirkungsweise

Zener-Dioden werden stets in Sperrichtung betrieben. In dieser Richtung fließt ein sehr kleiner Strom. Mit zunehmender Spannung werden die Elektronen im elektrischen Feld beschleunigt (Zener Effekt). Dadurch kommt es zu Zusammenstößen mit anderen Halbleiteratomen. Es werden Elektronenpaare auseinandergerissen, die auch wieder vom elektrischen Feld beschleunigt werden und auf andere Halbleiteratome treffen (Lawineneffekt). Dies geschieht solange, bis die Diode durch Eigenerwärmung zerstört wird. Deswegen wird vor die Zener-Diode immer ein Vorwiderstand (zur Strombegrenzung) geschaltet.

Kennlinie

Punkt 1-2: ΔU_Z
Punkt 2: U_Z
Punkt 3: 0,8 U_Z

Anwendung

Die Zener-Dioden werden zur Spannungsstabilisierung eingesetzt.

Aufbau

Im Gegensatz zur Gleichrichter-Diode werden Foto-Dioden heute nur noch aus Silizium gefertigt. das Gehäuse ist lichtdurchlässig, damit Energie in Form von Licht bis zum pn-Übergang durchdringen kann.

Wirkungsweise

Auch die Foto-Diode wird in Sperrichtung betrieben. Ohne Lichtzufuhr fließt wie bei jeder Diode ein Sperrstrom. Trifft nun Licht auf den pn-Übergang, werden durch die Energiezufuhr Kristallbindungen aufgerissen. Es entstehen freie Ladungsträgerpaare und ein zusätzlicher Fotostrom, der linear mit der Lichtzufuhr ansteigt.

Anwendung

Dadurch daß der Fotostrom linear zur Beleuchtungsstärke zunimmt, lassen sich Foto-Dioden zur genauen Messung der Beleuchtungsstärke einsetzen.

Aufbau

Im Unterschied zur Gleichrichter-Diode, die meist als Spitzen-Diode ausgelegt ist (relativ kleiner pn-Übergang), werden Kapazitätsdioden als Flächendioden hergestellt (möglichst große Fläche am pn-Übergang).

Wirkungsweise

Ähnlich wie beim Kondensator bildet sich bei der Kapazitäts-Diode zwischen der p- und n-Schicht ein elektrisches Feld, so daß die beiden Schichten wie die Platten eines Kondensators wirken. Da die Kapazität C bei einem Kondensator abhängig ist von der Plattenfläche A, vom Plattenabstand l, von der Dielektrizität ε, ergibt sich die Formel:

Daraus ersieht man, daß sich bei einer Änderung des Abstandes der Platten (pn-Schicht) die Kapazität verändert.

=>   Bei einer Änderung der Spannung in Sperrichtung wird die Kapazität zwischen p- und n-Schicht größer bzw. kleiner.

Kennlinie

Anwendung

Wegen ihrer relativ kleinen Kapazität werden diese überwiegend als Schwingkreiskapazitäten eingesetzt. Sie haben in Radio- und Fernsehgeräten den früher üblichen Drehkondensator weitgehend verdrängt.

Aufbau

Wirkungsweise

Legt man an die Schottky-Diode eine Spannung in Durchlaßrichtung an und erhöht sie langsam, wird bei ca. 0,35V die Sperrschicht abgebaut und es fließt sehr schnell ein hoher Strom, der ausschließlich ein Majoritätsstrom ist. Dadurch ist die Schaltzeit beim Umschalten der angelegten Spannung sehr kurz.

Kennlinie

a = Schottky-Diode
b = Ge-Spitzendiode

Anwendung

Durch ihre kurze Schaltzeiten können Schottky-Dioden im Bereich höchster Frequenzen eingesetzt werden, z.B. für sehr schnelle Schalter.

Aufbau

Die Tunnel-Diode ist eine Flächen-Diode aus hochdotierten, n-leitenden Germaniumplättchen, in die eine hochdotierte Indiumpille einlegiert ist. Durch die hohe Dotierung des p- und n-Materials durchfliegen die Elektronen die dünne Sperrschicht nahezu mit Lichtgeschwindigkeit durch einen "Tunnel" in dem auf ihrem Weg liegenden Potentialwall.

Wirkungsweise

Durch die hohe Dotierung ist die Sperrschicht relativ dünn und Elektronen können schon bei geringer Spannung (U_F ca. 0,1V) den pn-Übergang durchfliegen. Dadurch fällt bei der Tunnel-Diode der Strom sehr schnell wieder ab, bis er im Bereich von ca. 0,4V den verlauf einer normalen Diodenkennlinie annimmt. daraus ergibt sich aber auch, daß diese Diode keine Sperreigenschaft hat, d.h. bei negativen Spannungen sehr schnell zerstört wird.

Kennlinie

Anwendung

Sie werden angewendet zur Schwingungserzeugung bis Frequenzen von 1GHz.

Aufbau

Wirkungsweise

Bis zu einer Frequenz von ca. 10MHz hat die PIN-Diode Gleichrichtereigenschaften. Oberhalb von 10MHz macht sich die lange Lebensdauer der Ladungsträger innerhalb der PIN-Schichten bemerkbar, es tritt infolge der Trägheit der Ladungen keine Gleichrichtung mehr ein. Die PIN-Diode verhält sich dann wie ein ohmscher Widerstand für beide Richtungen gleich.

Anwendung

PIN-Dioden werden in HF-Eingangsteilern von Fernseh- und Rundfunkempfängern benutzt.

Aufbau

Im Unterschied zur Gleichrichter-Diode sind LED's auf der Basis von Gallium in Verbindung mit Arsen und Phosphor aufgebaut. Das p-Material ist niedrigdotiert und das n-Material ist hochdotiert (unsymmetrischer Übergang).

Wirkungsweise

Fließt durch die LED ein Strom in Durchlaßrichtung, ist dieser durch die unsymmetrische Dotierung ein reiner Elektronenstrom. Im p-Gebiet rekombinieren die Elektronen mit den Löchern. Unter Benutzung des Bändermodells bedeutet dieser Vorgang, daß die Elektronen aus dem Leitungsband in ein energetisch niedriger liegendes Niveau übergehen. Bei dieser Rekombinationsvorgängen geben die Elektronen einen Teil ihrer Energie in Form elektromagnetischer Strahlung ab.

Anwendung

Man benutzt sie als Anzeigenelement und zur Übertragung (Optokoppler).

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