Diode Klasse A

In Durchlassrichtung liegt Minus am N-Gebiet. Die freien Elektronen im N-Teil werden abgestoßen, wandern über die Grenzschicht in den P-Teil und füllen dort die Löcher auf.

Kniff: Elektronen wandern immer dorthin, wo sie fehlen — also von N nach P. Die technische Stromrichtung läuft dabei genau andersherum; darauf zielt die Verwechslung.

Warum die anderen nicht stimmen:

• den Elektronenfluss von P nach N. – Das ist die technische Stromrichtung. Gefragt sind die Elektronen, und die laufen ihr entgegen.
• die Halbierung des Stromflusses. – Erfunden. Eine Diode halbiert keinen Strom — sie lässt ihn in einer Richtung durch und sperrt in der anderen.
• keinen Stromfluss. – Das ist die Sperrrichtung. Hier ist ausdrücklich von Durchlassrichtung die Rede.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC401

Dieselbe Sache wie AC401, anders gefragt: In Durchlassrichtung wandern die Elektronen vom N-Gebiet ins P-Gebiet.

Kniff: Elektronen verschwinden nicht und bleiben auch nicht stehen. Sie rekombinieren im P-Teil mit den Löchern — und genau dieses Weiterreichen ist der Stromfluss.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Sie wandern von P nach N. – Die technische Stromrichtung, nicht die Bewegungsrichtung der Elektronen.
• Sie zerfallen beim Übergang. – Erfunden. Elektronen sind Elementarteilchen und zerfallen nicht.
• Sie bleiben im N-Bereich. – Das wäre Sperrrichtung. In Durchlassrichtung wandern sie gerade hinüber.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC402

Wird die Diode wärmer, stehen mehr Ladungsträger von selbst zur Verfügung. Für denselben Strom braucht es dann weniger Spannung — rund 2 mV weniger je Grad.

Kniff: Der Widerstand eines Metalls steigt mit der Wärme, die Durchlassspannung einer Diode sinkt. Genau deshalb kann sich eine Endstufe ohne Gegenmaßnahme selbst hochschaukeln: wärmer, mehr Strom, noch wärmer.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Die Spannung oszilliert mit steigender Temperatur. – Erfunden. Es gibt keinen schwingenden Zusammenhang zwischen Temperatur und Durchlassspannung.
• Die Spannung steigt bei steigender Temperatur. – Die Richtung eines Metallwiderstands, nicht die einer Diode. Bei der Diode ist es umgekehrt.
• Die Spannung ist unabhängig von der Temperatur. – Dann bräuchte keine Endstufe eine Temperaturkompensation. Gerade weil die Spannung mit der Wärme sinkt, sitzt die Kompensationsdiode am Kühlkörper.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC403

Die Sperrschicht ist der Isolator zwischen zwei leitenden Gebieten — also ein Kondensator. Mehr Sperrspannung macht die Schicht breiter, und ein größerer Plattenabstand bedeutet weniger Kapazität.

Kniff: Die Richtung ist gegenläufig: Sperrspannung hinauf, Kapazität hinunter. Und es geht ausschließlich um die Sperrspannung — im Durchlassbetrieb arbeitet eine Kapazitätsdiode gar nicht.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Sie nimmt mit zunehmender Sperrspannung zu. – Genau umgekehrt. Mehr Sperrspannung verbreitert die Sperrschicht, und die Kapazität sinkt.
• Sie nimmt mit zunehmendem Durchlassstrom zu. – Im Durchlassbetrieb wird die Diode leitend und ist kein Kondensator mehr. Betrieben wird sie immer in Sperrrichtung.
• Sie nimmt mit abnehmendem Durchlassstrom zu. – Auch hier ist von Durchlassbetrieb die Rede, den es bei dieser Diode nicht gibt.

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Richtig ist C:

Kniff: Zwei antiparallele Dioden über dem Ausgang sind keine Gleichrichtung, sondern eine Begrenzung: solange die Spannung unter der Schwellspannung bleibt, sperren beide Dioden und das Signal läuft unverändert durch; darüber leitet je nach Vorzeichen die eine oder die andere und hält U₂ fest. Bei Silizium liegt die Schwellspannung bei etwa 0,7 V. Die Halbwellen mit 0,5 V liegen darunter und bleiben rund, die mit 1 V werden bei rund 0,7 V flach abgeschnitten — genau der Verlauf, in dem nur die großen Halbwellen gekappt sind. Wer das Bild mit den vier gleich hoch gekappten Halbwellen nimmt, hat mit etwa 0,3 V gerechnet, also mit Germanium (Nachbarfrage AC406). Die beiden Bilder mit nur positiven oder nur negativen Halbwellen entstehen, wenn man das antiparallele Paar für eine einzelne Gleichrichterdiode hält; weil immer eine der beiden Dioden in Sperrrichtung liegt, verschwindet hier keine Halbwelle.

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Richtig ist A:

Kniff: Die antiparallelen Dioden begrenzen: unterhalb der Schwellspannung sperren beide und das Signal geht durch, oberhalb hält die jeweils leitende Diode U₂ fest. Bei Germanium liegt die Schwellspannung bei etwa 0,3 V — das liegt unter allen vier Spitzenwerten des Eingangs, also wird jede der vier Halbwellen gekappt, auch die mit nur 0,5 V. Richtig ist deshalb der Verlauf, in dem alle vier Halbwellen gleich hoch und flach sind. Der Verlauf, in dem die kleine Halbwelle rund bleibt, gehört zu Silizium mit 0,7 V (Nachbarfrage AC405) — der einzige Unterschied zwischen beiden Fragen ist das Halbleitermaterial. Nur positive oder nur negative Halbwellen setzen voraus, dass eine Halbwelle gesperrt wird; bei antiparallelen Dioden ist immer eine für die gerade anliegende Polarität zuständig.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC406

Eine Fotodiode ist ein PN-Übergang, auf den Licht fallen kann. Das Licht erzeugt in der Sperrschicht Ladungsträgerpaare, und das Feld der Sperrschicht trennt sie — es fließt ein Strom, auch ganz ohne äußere Spannung. So arbeitet auch die Solarzelle; als Lichtsensor betreibt man die Fotodiode meist zusätzlich in Sperrrichtung.

Kniff: Erzeugen und Steuern sind zwei verschiedene Dinge. Der Fotowiderstand ändert nur seinen Wert; Strom erzeugt er nicht, dafür braucht er eine Quelle.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Kapazitätsdiode – Die ändert unter Sperrspannung ihre Kapazität. Mit Licht hat sie nichts zu tun; sie ist meist lichtdicht vergossen.
• Fotowiderstand – Er ändert bei Lichteinfall seinen Widerstand, erzeugt aber selbst keinen Strom. Ohne angelegte Spannung fließt nichts.
• Blindwiderstand – Kein Bauteil, sondern eine Eigenschaft von Spulen und Kondensatoren.

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Im Optokoppler sitzen eine Leuchtdiode und ein Fototransistor im selben Gehäuse, ohne leitende Verbindung. Das Signal geht als Licht hinüber — die beiden Stromkreise bleiben elektrisch getrennt.

Kniff: Galvanisch getrennt heißt: kein gemeinsamer Bezugspunkt, keine Masseschleife, kein Überschlag. Genau dafür ist das Bauteil da — nicht zum Anzeigen und nicht zum Erzeugen.

Warum die anderen nicht stimmen:

• die Erzeugung von hochfrequentem Wechselstrom durch Licht. – Ein Optokoppler erzeugt nichts, er überträgt. Und für Hochfrequenz ist er zu langsam.
• die Erzeugung von Gleichstrom durch Licht. – Das tut eine Solarzelle. Der Optokoppler überträgt ein Signal, er liefert keine Energie.
• die Signalanzeige durch Licht. – Das ist die Aufgabe einer Anzeige-LED. Beim Optokoppler ist das Licht nur der Weg im Inneren und von außen gar nicht sichtbar.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AC408