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Die Diode

Woraus besteht eine Diode?

Der Grundstoff der Diode ist das Silizium, ein Halbleiter.

Merke :

• Leiter sind Stoffe, die dem Strom einen geringen Widerstand entgegensetzen (z.B. Kupfer, Gold usw.)
• Halbleiter sind Stoffe, die dem Strom einen Widerstand entgegensetzen, ihn aber immer noch in einem gewissen Umfang leiten (z.B. Germanium, Silizium, Selen)
• Isolatoren sind Stoffe, die den Strom gar nicht leiten (Glas, Keramik usw.)

Was macht eine Diode.

Merke :

• Die Diode läßt einen Strom nur in eine Richtung fließen, die andere Richtung wird blockiert.
  (Eselsbrücke: DIe ODEr keine)
  
  

Wie macht die Diode das?

Strom ist ja eine gerichtete Bewegung von frei beweglichen Elektronen (Ladungsträgern). Die Leitfähigkeit eines Stoffes ist davon abhängig, wieviele frei bewegliche Elektronen er selbst enthält (Zur Erinnerung: Elektronen fliessen in einen Leiter und stossen die darin befindlichen Elektronen an, die wiederum die nächsten Elektronen anstossen usw.). Stoffe, die wenige frei bewegliche Elektronen enthalten, sind also schlechte Leiter.

Um Dioden überhaupt herstellen zu können, muß man in der Lage sein, ihren Grundstoff, das Silizium, in seiner Leitfähigkeit zu beeinflussen. Das wird durch gezielte "Verunreinigung" (Mischung, auch Dotierung genannt) des Grundstoffes (mit anderen Stoffen) erreicht. Man kann das Slilzium durch Einbringung elektronenreicher Stoffe mit Elektronen anreichern und durch Einbringung anderer Stoffe einen Elektronenmangel erzeugen.

Merke : Elektronenüberschuß herrscht in sog. N-dotierem Material, Eletronenmangel in sog. P-dotierten Material.

Dazu eine kurze Erläuterung: Elektronen sind immer negativ geladen. Somit ist ein N(egativ)-dotiertes (=verunreinigtes) Material reich an Elektronen, deshalb Elektronenüberschuß. Ein P(ositiv)-dotiertes Material ist arm an (negativen) Elektronen, daher ein Elektronenmangel.

Eine Diode besteht immer aus zwei Schichten. Schicht 1 ist P-dotiert, hat also Elektronenmangel im Vergleich mit dem Rohsilizium und wird Anode genannt. Schicht 2 ist N-dotiert, hat also Elektronenüberschuß und wird Kathode genannt. Beide Schichten liegen direkt aneinander.

Wenn keine Spannung an der Diode anliegt, bildet sich zwischen beiden Schichten eine Zone, in der Elektronen von der Kathode (Überschußseite) zur Anode (Mangelseite) wechseln, bis ein Ausgleich geschaffen ist, die Ladung also neutral ist. Diese Zone, in der weder Elektronenüberschuß noch -mangel herrscht, nennt man Sperrschicht.

Die Sperrschicht hat im Vergleich zum Leiter einen recht hohen Widerstand.

Wenn man nun an der Anode eine negative Spannung anlegt (entsprechend an der Kathode eine positiv) wird die Sperrschicht größer. Das heißt, es fließt kein Strom und der Widerstand der Diode wird größer.

Nun kehren wir die Spannung um: An der Anode eine positive und an der Kathode eine negative Spannung wird angelegt. Der Effekt kehrt sich nun um, indem die Sperrschicht kleiner wird. Abhängig von der Höhe der Spannung wird irgendwann der Punkt erreicht, an dem Sperrschicht verschwindet. In diesem Moment kann Strom fließen. Bei Silizium tritt dieser Effekt bei einer Spannung zwischen 0,6 und 0,7 Volt auf.

Schickt man also einen Wechselstrom durch eine Diode, verändert sich das Bild der Sinuswelle, weil die Diode nur bestimmte Anteile des Stromes passieren lässt. (Der grau dargestellte Teil der Welle wird von der Diode blockiert, also nicht durchgelassen)

Damit hat man einen Gleichrichter realisiert, weil nur - in diesem Fall - die positive Halbwelle (hier blau) durchgelassen wird.