Elektronische Schaltungstechnik

Kathode Anode
n p
VR
VF
Abbildung 3.1: Schematischer Aufbau und Schaltsymbol einer Diode
3.1 Siliziumdiode
Der Anschluss des n-dotierten Materials wird als Kathode bezeichnet und im Schaltsymbol
durch eine senkrechte Linie gekennzeichnet. Ebenso findet man auf den Bauteilen
einen Ring zur Kennzeichnung der Kathode. Der zweite Anschluss wird Anode
genannt. Der Pfeil des Schaltsymboles zeigt in die Durchlassrichtung.
Das Verhalten einer Diode in Durchlassrichtung kann mathematisch durch die Diodengleichung
beschrieben werden.
I = Is(T) e V
mVT − 1
In der Diodengleichung steht Is für den Sättigungssperrstrom. Er entsteht durch die
Eigenleitung und liegt in der Größenordnung von einigen Picoampere.
Der Faktor m wird Emissionskoeffizient genannt. Er ist ein Korrekturfaktor, der den
ohmschen Anteil der Bahngebiete berücksichtigt (1 < m < 2). Als Bahngebiet
bezeichnet man das dotierte Halbleitermaterial, welches als Zuleitung zur Sperrschicht
dient. Für kleine Siliziumdioden neuerer Bauart gilt m ≈ 1.
Die Temperaturspannung des Elektrons VT kann wie folgt berechnet werden:
VT = kT
q = 1‚38 · 10−23 J/ K · 296‚15 K
1‚6 · 10−19 = 25‚5 mV
C
Als Temperatur wurden 23 ◦ C verwendet, das entspricht einer absoluten Temperatur
von T = 273‚15 + 23 = 296‚15 K.
Eine andere in der Praxis sehr übliche Beschreibungsform für das nicht lineare Verhalten
der Diode ist die in ◮Abbildung 3.2 gezeigte Kennlinie. Sie beschreibt die
Abhängigkeit des Diodenstromes von der angelegten Spannung zwischen Anode und
Kathode.
Im Durchlassbereich erkennt man einen exponentiellen Anstieg des Stromes, sobald
die Diffusionsspannung der Diode, hier 0‚6 V für eine Siliziumdiode, überschritten
wird. Im Sperrbereich ist der Strom bis zum Erreichen der Durchbruchsspannung
sehr gering. Es handelt sich hierbei um einen Minoritätsträgerstrom, dessen Größe
von der Anzahl der Ladungsträger, die durch thermische Paarbildung entstehen,
abhängt. Je höher die Temperatur ist, umso größer wird auch der Sperrstrom der
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