Was ist eine Sperrdiode?
Eine Diode ist ein elektronisches Gerät, das die Richtung des Stromflusses in einem Stromkreis steuert. Die Standarddiode lässt zu, dass elektrischer Strom in Vorwärtsrichtung, jedoch nicht in Rückwärtsrichtung fließt. Ein Diodentyp kann jedoch unter bestimmten Bedingungen Strom in umgekehrter Richtung leiten. Dieser spezielle Diodentyp ist die Sperrdiode.
Der Diodenaufbau umfasst zwei Segmente eines Halbleitermaterials, wie beispielsweise Silizium. Ein Segment hat eine positive Ladung, die Anode. Das andere Segment hat eine negative Ladung, die als Kathode bezeichnet wird. Bei der Herstellung werden diese beiden Segmente miteinander verschmolzen und bilden einen PN-Übergang, der einen Teil als positiv und den anderen als negativ kennzeichnet. Metallleitungen werden dann gewöhnlich an den Enden gegenüber der Verbindungsstelle angebracht, um eine Diode zu bilden.
Der PN-Übergang ist der Brennpunkt des Betriebs einer Diode. Wenn die beiden Materialsegmente miteinander verschmelzen, heben sie die elektrische Ladung in einem schmalen Band über dem PN-Übergang auf, der als Verarmungsbereich bezeichnet wird. Dieser Bereich der Diode begünstigt weder eine positive noch eine negative elektrische Ladung und wirkt als Isolator zwischen den beiden Segmenten der Diode.
Im Normalbetrieb funktioniert eine Diode ähnlich wie ein elektronisches Rückschlagventil. Wenn eine negative Spannung an die Kathode der Diode angelegt wird, verbindet sich die Ladung mit der internen elektrischen Ladung der Diode. In diesem Fall bleibt die Isolierung des Verarmungsbereichs am PN-Übergang erhalten, wodurch verhindert wird, dass elektrischer Strom durch die Diode fließt. Eine in diesem Zustand arbeitende Diode befindet sich im Sperrdiodenbetrieb oder Sperrvorspannung.
Wenn jedoch eine negative Spannung an die Anode der Diode angelegt wird, bewegt sich die Spannung in den positiv geladenen Abschnitt der Diode. Wenn es den Übergang erreicht, hat die Ladung genügend elektrische Energie, um den Verarmungsbereich zu überbrücken. Zu diesem Zeitpunkt leitet die Diode elektrischen Strom und lässt ihn weiter fließen, bis die Spannung abfällt. Dioden, die in diesem Zustand arbeiten, arbeiten in Vorwärtsrichtung oder in Vorwärtsrichtung.
Die Isolierung des Verarmungsbereichs kann jedoch nur einem bestimmten Spannungspegel standhalten. Sollte die Spannung zu hoch werden, während das Gerät in einem Sperrdiodenzustand betrieben wird, fällt der Verarmungsbereich aus und lässt einen Stromstoß durch. Dieses Phänomen wird als Lawine bezeichnet und zerstört typischerweise eine Standarddiode, wenn sie auftritt.
Während das Lawinenphänomen im Allgemeinen vermieden werden sollte, stellten die Ingenieure fest, dass das Blockieren der Spannung bis zum Erreichen eines vorbestimmten Pegels und das anschließende Durchlassen ein nützliches Werkzeug für die Entwicklung der elektronischen Technologie sein könnte. Sie begannen dann, Dioden mit sehr spezifischen Verarmungsbereichen zu entwerfen, die den entsetzlichen Auswirkungen einer Lawine standhalten konnten. Seit ihrer Einführung haben diese Arten von Dioden ihren Weg in nahezu alle Bereiche der Elektronik gefunden.
Im Betrieb funktioniert eine Sperrdiode wie eine Standarddiode. An seiner Kathode liegt eine negative Spannung an und die Diode sperrt sie. Sollte diese Spannung jedoch weiter auf ein vorbestimmtes Niveau ansteigen, das als Durchbruchspannung bezeichnet wird, durchläuft die Diode eine kontrollierte Lawine und beginnt, elektrischen Strom sicher in die entgegengesetzte Richtung zu leiten. Diese Dioden haben viele Bezeichnungen, einschließlich Lawinendioden, Durchschlagsdioden oder Sperrdioden.