Was ist eine Leistungsdiode?
Eine Leistungsdiode ist ein kristallines Halbleiterbauelement, das hauptsächlich zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom verwendet wird. Dieser Vorgang wird als Gleichrichtung bezeichnet. In den Stromversorgungskreisen praktisch aller modernen elektrischen und elektronischen Geräte ist die Funktion einer Leistungsdiode mit einem mechanischen Einwegventil vergleichbar. Es leitet elektrischen Strom mit minimalem Widerstand in eine Richtung, die als Vorwärtsrichtung bezeichnet wird, und verhindert gleichzeitig, dass Strom in die entgegengesetzte Richtung fließt. Leistungsdioden, die in der Regel mehrere hundert Ampere vorwärts leiten können, haben viel größere PN-Übergänge und damit eine höhere Durchlassstromtragfähigkeit als ihre kleineren Signaldioden, die in der Unterhaltungselektronik zur Regelung und Reduzierung des Stroms verwendet werden. Dies macht Leistungsdioden besser für Anwendungen geeignet, bei denen größere Ströme und höhere Spannungen beteiligt sind.
Die Hersteller stellen im Allgemeinen eine Reihe von Leistungsdioden her, die für bestimmte Anwendungen geeignet sind. Sie sind nach dem maximalen Strom, den sie in Vorwärtsrichtung führen können, und der maximalen Rückwärtsspannung bemessen, der sie widerstehen können. Aufgrund des Widerstands tritt ein kleiner Spannungsabfall auf, wenn ein elektrischer Strom durch eine Leistungsdiode in Durchlassrichtung geleitet wird. Umgekehrt kann eine Leistungsdiode nur eine bestimmte Menge an Spannung aushalten, die in umgekehrter Richtung fließt, bevor sie zusammenbricht und nicht mehr funktioniert.
Leistungsdioden bestehen hauptsächlich aus Silizium, es werden jedoch auch geringe Mengen anderer Materialien wie Bor, Galliumarsenid, Germanium oder Phosphor verwendet. Eine einzelne Leistungsdiode kann verwendet werden, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln, dies erzeugt jedoch einen sogenannten halbwellenvariablen Gleichstrom. Üblicherweise sind zwei oder drei oder mehr Dioden in einer Schaltung verbunden, um einen sich vollwellig ändernden Gleichstrom zu erzeugen. Das wichtigste davon ist der Brückengleichrichter, bei dem vier angeschlossene Dioden sowohl positive als auch negative Anteile einer Wechselstromwelle in Gleichstrom umwandeln und so eine Vollwellengleichrichtung erzeugen.
Stromversorger auf der ganzen Welt verwenden in der Regel Drehstrom, um Strom zu verteilen. Ein Vollwellen- oder Brückengleichrichter liefert zwar einen unterschiedlichen Gleichstrom vom ankommenden Wechselstrom, aber keinen Gleichstrom mit der konstanten Spannung, die für die Versorgung der meisten modernen elektrischen und elektronischen Geräte erforderlich ist. Daher wird gewöhnlich ein Speicherkondensator an das Ausgangsende des Gleichrichters angeschlossen, um die Welligkeit der Spannung auszugleichen. Beispielsweise durchläuft in einem typischen US-Haushalt ein dreiphasiger Wechselstrom von den elektrischen Hauptstromkreisen drei Paare von Leistungsdioden. Der resultierende Gleichstrom wird dann geglättet und mit einer Spannung geliefert, die für die Verwendung ausreichend konstant ist, indem er durch einen Glättungskondensator geleitet wird.