In welchen Geräten benötigt man Dioden und warum?
Ich kenne jede Funktion einzelner Dioden. Aber wozu könnte man sowas gebrauchen und in welchen Geräten?
3 Antworten
Die allgemeinste Antwort wäre um den Strom in einem Gerät nur eine Richtung durchzulassen.
Es gibt dabei unterschiedliche Gründe warum man das möchte. Einer der meisten Gründe ist die Gleichrichtung einer Wechselspannung.
Für Elektronische Geräte benötigt man eine Gleichspannung weil Transistoren und derartige Schaltungen quasi nur mit Gleichstrom versorgt werden können. Jetzt benötigt man Dioden um die Wechselspannung aus dem Transformator oder direkt vom Netz auf eine Gleichspannung zu bringen.
Eine andere Anwendungsmöglichkeit ist die "Veroderung" von Spannungen. Nehmen wir mal an man hat ein Elektrogerät welches von einem Akku und einer anderen Spannungsquelle versorgt werden soll. Wenn man in Reihe zum Akku und zur anderen Spannungsquelle eine Diode schaltet und die freien Enden der Dioden auf einen gemeinsamen Punkt legt, dann wird der Strom an diesem Punkt immer von der größeren der beiden Eingangsspannungen geliefert. Wenn wir also annehmen wir haben einen Akku mit 12V und ein Netzteil mit 15V dann liefert das Netzteil Strom so lange es angeschlossen ist und wenn es abgesteckt wird liefert der Akku den Strom.
Davon abgeleitet bzw eine Anwendung des selben Prinzips ist auch die sogenannte Dioden Transistorlogik in Digitalschaltungen.
Eine heute etwas in vergessenheit geratene Möglichkeit für den Einsatz einer Diode ist das Demodulieren von Amplitudenmodulierten Signalen. Radios haben früher so gearbeitet und der Aufbau eines solchen Radios aus Schwingkreis, Diode, Tiefpass und Verstärker ist auch relativ einfach zu machen.
Welchen Teil meiner Antwort verstehst du nicht?
Die Gleichrichtung?
Die "Veroderung" von Spannungen?
Die Demodulation?
1. Ja die 2 letzten Wörter verstehe ich nicht :(
2. Verstehe ich immernoch den Sinn hinter Dioden nicht. Habe zwar einiges über die Teile gelernt aber die Anwendungen kapiere ich nicht.
Veroderung bedeutet einfach nur nimm die Quelle die gerade zur Verfügung steht. Also wenn nur der Akku drann ist dann den Akku wenn das Netzteil drann ist dann das Netzteil statt dem Akku.
Demodulation bedeutet in dem Fall das Umkehren der Amplitudenmodulation das ist aber wieder eine Sache für sich und die können wir vorerst mal so stehen lassen.
2.) Dioden werden verwendet wenn Strom nur in eine Richtung fließen soll oder darf. Das ist die Anwendung so einer Diode. Die oben genannten Schaltungen benötigen eben irgendein Bauteil welches den Strom nur in eine Richtung führt und in die Andere Richtung sperrt.
Für die Wandlung von Wechselstrom auf Gleichstrom willst du zB nur den Strom nur in die Positive Richtung fließen lassen.
Und was für Vorteile habe ich, wenn ich durch eine Diode einen Wechselstrom dazu bringe, dass der Strom nur vom Plus Pol leitet? Dann kann ich doch gleich einen Gleischstrom verwenden, oder.
Hi, tut mir leid, falls ich dich nerven aber ich siche schon ssooo lange eine Lösung auf meine neuste Frage und du hast mir die Sachen immer am besten erklärt. Könntest du sie mir vieleicht beantworten? :(
Natürlich kannst du gleich Gleichstrom verwenden, aber das Energieversorgungsnetz läuft eben mit Wechselstrom weil Wechselstrom für die Energieversorgung besser ist als Gleichstrom.
Um ein Gerät welches mit Gleichstrom betrieben wird also am Netz betreiben zu können muss man die Wechselspannung aus der Steckdose irgendwie in Gleichspannung umwandeln und das wird eben über Dioden gemacht.
Habe noch eine kleine Frage zu Dioden. (Also auf meinem Profiel die Letzte frage) kannst du die bitte beantworten, dann die meinte ich eigentlich und ich war gestern die ganze nacht wach und habe es nicht herausgefunden :(.
Zu Dioden: das Elektron und das lich vom Bor verbinden sich in der Mitte und die Spannung "schubst" das Elektron (welches mit dem lich fusioniert ist) zum Ausgang und so entsteht Strom, oder?
Was soll "das lich vom Bor" sein? Meinst du damit Loch?
Und was soll sich Verbinden? Also ich weiß nicht ganz wie du die Dotierung verstehst.
Grundsätzlich entsteht im Halbleiter nicht einfach so ein Stromfluss.
Die Dotierung funktioniert entweder mit Bor oder Phosphor. Ein Bor Atom hat ein Elektron weniger als ein Silizium Atom. Das Bor Atom verbindet sich also nur mit 3 Elektronen zu den umliegenden Siliziumatomen. Da ein Siliziumatom 4 Elektronen hat das Bor aber nur 3 fehlt an dieser Stelle quasi ein Elektron und man spricht hier von einem Loch oder einem Defektelektron. Wenn an dieser Stelle ein Phosphoratom liegt dann sind dort 5 Elektronen und daher quasi 1 Elektron zu viel.
Man spricht jetzt bei Dotierungen mit Bor oder anderen Elementen die Löcher erzeugen als P Dotierung die mit Phosphor als N Dotierung. Stehr zwar für Positive und Negativ allerdings hat das nicht mit globalen Elektrischen Ladungen zu tun.
Was jetzt genau passiert erfordert höhere Physikkenntnisse im Bereich der Halbleiterphysik. Aber grob gesagt sind Halbleiter dadurch charakterisiert, dass das Fermi Niveau zwischen Leitungsband und Valenzband liegt, darum sind Halbleiter ja auch sogenannte Heißleiter.
Eine P Dotierung schiebt das Ferminievau zur Valenzbandkante und eine N Dotierung schiebt sie zur Leitungsbandkante.
Ein Stromfluss findet hier noch nicht statt.
Wenn man jetzt einen N und P Halbleiter zusammenbringt müssen sich die Ferminiveaus an der Stelle anpassen. Das hat zur Folge dass jetzt die Elektronen vom N Gebiet ins P Gebiet wandern und die Löcher in die andere Richtung. Es bildet sich so also die sogenannte Sperrschicht. Die Ladungsträgerverschiebung bildet erst jetzt einen sogenannten Diffusionsstrom ins andere Gebiet und es baut sich ein Elektrisches Feld aus welches der Diffusion gegenwirkt die Diffusion ist direkt Temperaturabhängig und natürlich Dotierungsabhängig damit ist es auch die Diffusionsspannung.
Wenn man jetzt eine externe Spannung von N nach P anhängt zieht diese Spannung nur P Ladungsträger auf die N Seite und Elektronen zur anderen wodurch die Sperrschicht breiter wird und die Diode sperrt.
In die andere Richtung zieht das externe Feld die P Ladungsträger aus dem N Gebiet und verringert die Sperrschicht. Und die Diode beginnt zu Leiten wenn keine Sperrschicht mehr da ist.
Das ist allerdings noch eine vereinfachte Darstellung ohne Rekombination, Tunneleffekt usw.
Also der Diffusionsstrom tritt nur auf wenn quasi die P auf die N Schicht trifft danach kompensiert der Diffusionsstrom nur noch den Verlust durch Rekombination. Weil das ganze quasi statsisch ist sendet eine Diode auch im Stromlosen Zustand kein Magnetfeld aus.
Damit Strom fließen kann treffen sich das Elektron und das Loch doch in der Mitte der Grenzschichten und dann Rekombinieren sie sich doch, oder? Also so hat es jemand in einem Video gesagt und das verwirrt mich jetzt.
Nein eine Rekombination ist davon nicht von nöten.
Die Elektronen bewegen sich einfach durch die Diode ohne zu Rekombinieren.
Das was beim Löchertransport passiert ist dass ein gebundenes Elektron weiterspringt. Es Rekombiniert also kein Leitungselektron mit einem Loch sondern es springt nur ein gebundenes Elektron weiter, also da muss man unterscheiden, einfacher ist es aber wenn man die wirklich als unabhängige Ladungsträger sieht.
Dann erzählen die Jung von "The Simple Club" blödsinn, oder?
Das Video: https://youtu.be/MSncOmacDJ0
Nein das stimmt schon. Es geht hier aber um den Aufbau der Sperrschicht und nicht um die Diode im leitenden Zustand, es ist aber zugegebner Maßen nun mal stark vereinfacht, was dann eben ein paar Verständnisprobleme erzeugen kann sobald man tiefer in die Materie geht.
Im Normalzustand ist es in der Sperrschicht wirklich so, dass die Elektronen und Löcher zum Teil Rekombinieren zum anderen werden auch Elektronen ausgelöst und durch das Elektrische Feld in der Sperrschicht verschoben.
Allerdings Treffen sich die Elektronen und Löcher nicht in der Mitte und Rekombinieren dann. Die Löcher wandern wirklich in das N Gebiet rein und Elektronen wandern wirklich in das P Gebiet rein und Rekombinieren dort.
Ohne Thermische Energie würden alle Elektronen und Löcher Rekombinieren was man dann als Ausfrieren des Halbleiters bezeichnet und dann funktioniert der auch nicht mehr so wie gewohnt. Das ganze benötigt also eine gewisse Energie die dauerhaft Elektronen und Löcher voneinenader trennt, damit hier auch eine gewisse freie Ladungsträger Konzentration erhalten bleibt.
Man muss eben in diesem Bereich immer sehr darauf achten, was sich jetzt wirklich bewegt und was tatsächlich wann passiert. Außerdem muss man im Hinterkopf behalten dass hier viele Vorgänge parallel passieren. So werden im Halbleiter zB kontinuierlich Löcher und Elektronen erzeugt indem die Wärmeenergie Elektronen aus den Bindungen hebt, zum anderen Rekombinieren auch ständig Ladungsträger. Es werden auch ständig Ladungsträger mit den Störstellen ausgetauscht usw.
Wie genau läuft es jetzt bei der Durchlaufsrichtung ab? Mit der Sperrschicht möchte ich mich später befassen.
Du sagtest, dass die Elektronen ins P-gebiet wandern und die Löcher ins N-Gebiet. Aber, wenn sie in verschiedene Gebiete gehen, können sie sich doch garnicht rekombinieren.
Natürlich Rekombinieren sie im anderen Gebiet.
Löcher treffen im N Gebiet auf Elektronen und Rekombinieren mit diesen. Im Falle von Silizium geben die Elektronen dazu eine Energie an die Atome ab und Fallen dann ins Loch.
Wenn du dich mit der Sperrschicht erst später befasst dann können wir auch nicht über die Durchflussrichtung sprechen, denn die Sperrschicht bzw das Verhalten von dieser ist ja genau das was die Durchfluss und Sperrrichtung definiert.
Nagut, dann befasse ich mich auch mit der Sperrschicht ich verstehe nicht wie die Elektronen, dann fließen. Sie rekombinieren sich mit den Löchern und dann??? Geht das ganze Bor Atom mit oder allein das Loch?
Das Boratom bewegt sich nicht und das Bor Atom fällt auch nicht in ein Loch genau so wenig wie die Siliziumatome. Loch und Elektronen sind unabhängig von den Atomen.
Sofern die Elektronen mit den Löchern Rekombiniert sind tragen sie nicht mehr zum Ladungsträgerfluss bei. Der Ladungsträgerfluss durch die Diode sind die Elektronen bzw auch Löcher die eben nicht Rekombiniert sind.
Grundsätzlich gilt die Fermi Dirac Statistik, sprich Elektronen haben eine gwisse Wahrscheinlichkeit zu Rekombinieren die zum einen von der Dotierung als auch vom Halbleitermaterial selbst abhängt. In Silizium ist die Mittlere Minoritätsladungsträger (Minoritätsladungsträger sind die Ladungsträger die in der jeweiligen Zone nicht dotiert wurden, sprich Elektronen im P und Löcher im N Gebiet) Lebensdauer relativ groß. Sprich ein Großer Teil der Elektronen die in die Diode rein fließt Rekombiniert gar nicht und fließt durch. Ein kleiner Anteil Rekombiniert wird aber durch neue Ladungsträger durch Störstellenionisation wieder ausgeglichen im Mittel geht damit in der Diode quasi kein Strom verloren.
Allerdings ist diese leichte Fluktation durch die Rekombination Messbar und die äußerst sich im sogenannten Generations-Rekombinations-Rauschen welches eben charakteristisch für Halbleiter ist.
Okay, ich habe mir ein Video dazu angeguckt und glaube das ich es verstanden habe!
Also: (ich formuliere es mit meinen eigenen Worten um sicher zu gehen, dass ich es wirklich kapiert habe :D)
Man hat 2 ich sage mal "schichten" aus dem selben Material.
Die eine Schicht wird Mit Bor verunreinigt (P-Dotierung, Anode) und die andere Schicht mit Phosphor (N-Dotierung, Kathode)
Die Elektronen wandern aus natürliche art zu den Löchern. Dadurch entsteht eine Ladungsverschiebung. An der Anode ist jetzt ein Minus pol und an der Kathode ein Plus pol. Das resultierende E-Feld. Zieht die Elektronen wieder an die Kathode.
Wenn man jetzt eine Spannung von der Kathode zur Anode (In Richtung Sperrschicht) anlegt, wird das E-Feld stärker und die Löcher werden zur Anode und die Elektronen zur Kathode gezogen.
Wenn man die Spannungsquelle richtig herum (von Anode zur Kathode) anschließt und die Spannung <0,7 ist, quetscht das Äusere E-Feld (welches durch die neuen Pole der Spannungsquelle entsteht) das innere E-Feld und die Elektronen werden wieder zu den Lochern angezogen. So wandern die Elektronen von Loch zu Loch und Der Strom fließt :).
Letzteres stimmt noch nicht.
Das bis zum E Feld passt, allerdings wanderen die Leitungselektronen nicht von Loch zu Loch sondern die meisten Elektronen fallen eben nie in ein Loch. Es springen nur die nicht ionisierten Elektronen in die Löcher was eben der Löcherstrom ist.
Du musst in so fern aufpassen, dass in der Diode der Löcherstrom etwas anderes als der Elektronenstrom ist, ansonsten könnten die Löcher ja nicht langsamer als die Elektronen sein was sie aber sind.
Btw der Strom fließt erst bei einer externen Spannung welche größer als 0.7V ist bei einer kleineren Spannung ist die Sperrschicht ja noch vorhanden.
Also manche Elektronen gehen in ein lich, aber die Meisten nicht?
So in etwa. Wie viele Elektronen in ein Loch fallen hängt vom Halbleiter und der Temperatur usw ab, aber in etwa stimmt das ja.
Wichtig wir sprechen jetzt hier von Leitungselektronen und eben nicht von bindenden Elektronen, das musst du im Hinterkopf behalten.
Die Elektronen die eben fix an ihrem Platz zwischen den Siliziumatomen sitzen.
Achso die. Ja die sind in einer Diode uninteressant, weil die nicht leiten. In anderen Halbleitern sind sie vieleicht interessant, aber in Dioden nicht :).
Mehr oder weniger ja, allerdings sind sie an der Löcherleitung beteiligt, es sind nämlich genau diese Elektronen die weiterspringen wenn sich ein Loch bewegt. Und da kann man sich auch schon vorstellen, wenn da immer ein Elektron springen muss macht das Löcher idR ziemlich langsam.
Ich dachte es sind die Elektronen vom Phosphore
Hab noch eine Farge: also die Elektronen wandern ja zu den Löchern. Aber das Lich müsste sich doch Elektronen vom Silizium Geholt haben. Also könnte das Elrktron, welches von der n-dotierten Schicht kommt, sich nicht mit dem Loch rekombinieren, weil das Elektron vom Silizium früher, das Loch besetzen muss
Nein es ist komplett egal woher das Elektron kommt und von welchem Atom das Loch stammt.
Wichtig ist nur, dass ein Loch da ist und wenn eins da ist kann ein Elektron damit Rekombinieren, sobald das der Fall ist, ist dieses Elektron ein Bindendes Elektron und daher ab diesem Zeitpunkt nicht mehr frei beweglich.
Warum muss sich das Loch Elektronen vom Silizium geholt haben? Sobald ein bindendes Elektron vom Silizium an den Platz des Lochs rutscht ist das Loch eben jetzt bei diesem Siliziumatom. Die Rekombination geht nur mit Elektronen aus dem Leitungs oder Donatorband bzw bei hoher Störstellenreserve und niedriger Temperatur auch vom Akzeptorband.
Achso stimmt. Danke, ich glaube jetzt habe ich das ganze Konzept einer Diode verstanden :).
Verpolungsschutz, Freilaufdioden, Gleichrichter, Stabilisierung von Spannungen (Z-Diode)
... um Licht zu erzeugen, zum Beispiel. LED: Licht erzeugende Diode. Ansonsten ist sie, was alle Dioden sind: Halbleiter.
Ich verstehe nicht ganz :(
Kannst du mir ein gerät nennen und dazu ein Beispiel machen? Mit solchen Beispielen komme ich immer am besten zu Recht.