Was ist ein Diodenspannungsabfall?
Eine Diode ist eine übliche Halbleitervorrichtung, die in vielen verschiedenen Arten von elektronischen Schaltungen verwendet wird. Wenn ein elektrisches Signal eine Diode durchläuft, verbraucht die Diode im Betrieb einen kleinen Teil der Signalspannung. Die Differenz zwischen der Spannung des in die Diode eintretenden Signals und der Spannung des aus der Diode austretenden Signals ist der Diodenspannungsabfall. Obwohl sich ein Diodenspannungsabfall entweder auf den Vorwärts- oder den Rückwärtsspannungsabfall der Diode beziehen kann, beschreibt er typischerweise den Vorwärtsspannungsabfall.
Der Aufbau einer Diode beinhaltet das Verbinden einer Anode und einer Kathode, zwei Materialstücke mit unterschiedlichen elektrischen Ladungen. Die Anode ist positiv geladen und die Kathode ist negativ geladen. An dem Punkt, an dem sich diese beiden unterschiedlichen Materialien treffen, die als Verbindungsstelle bezeichnet werden, heben sich die beiden entgegengesetzten Ladungen gegenseitig effektiv auf. Dieser Bereich ohne Ladung ist die Verarmungsschicht der Diode, die innerhalb der Diode zwischen Anode und Kathode eine Isolierschicht bildet.
Wenn ein elektrisches Signal in die Kathode einer Diode eintritt, vergrößert die zusätzliche negative Kraft die Breite der Verarmungsschicht, wenn sie mit der positiv geladenen Anode reagiert. Die breitere Verarmungsschicht verhindert, dass das Signal die Diode passiert und verbraucht dabei die gesamte Spannung. Wenn beispielsweise 5 Volt in die Diode eintreten, beträgt der Spannungsabfall der Diode ebenfalls 5 Volt. Eine Diode ist in diesem Zustand in Sperrrichtung vorgespannt, und der Spannungsabfall ist der Sperrspannungsabfall der Diode.
Ein elektrisches Signal, das in die Anode einer Diode eintritt, erzeugt einen anderen Satz von Bedingungen innerhalb der Diode. Das negativ geladene Signal überbrückt die Anode, trifft auf die Kathode und gelangt durch die Diode zum Rest des Stromkreises. Dabei geht ein relativ kleiner Spannungsbetrag verloren, der die positive Ladung der Anode überwindet. Für eine typische Siliziumdiode beträgt der Spannungsverlust ungefähr 0,7 Volt. Eine Diode ist in diesem Zustand in Durchlassrichtung vorgespannt, und der Spannungsabfall ist der Durchlassspannungsabfall der Diode.
Die Differenz zwischen dem Vorwärts- und dem Rückwärtszustand in einer Diode ermöglicht es ihnen, ein Signal in einer Richtung zu blockieren, indem sie 100% der Spannung abfallen lassen, während sie es in der anderen Richtung zulassen, indem sie nur einen kleinen Betrag abfallen lassen. Da die meisten Dioden einen Sperrspannungsabfall von 100% haben, wird davon ausgegangen, dass sich der Begriff "Diodenspannungsabfall" auf den Durchlassspannungsabfall bezieht, was jedoch nicht immer der Fall ist.
Es gibt Spezialdioden, bei denen die Sperrspannung nicht zu 100% abfällt, wie z. B. Varicap- oder Varactordioden. Bei diesen Dioden sind die Ladungen der Kathoden und Anoden nicht gleichmäßig über ihre Breite verteilt. Infolgedessen können diese Dioden ermöglichen, dass ein Teil des in die Kathode eintretenden Signals durch die Dioden fließt, obwohl sie sich in einem in Sperrrichtung vorgespannten Zustand befinden. Bei der Beschreibung des Spannungsabfalls bei diesen Arten von Dioden ist es wichtig, zwischen dem Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung und dem Spannungsabfall in Rückwärtsrichtung zu unterscheiden.