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Was ist eine Diode?

Gleichrichtungsdiode (REC): Struktur und Funktionen

Struktur Symbol AnwendungenãE Merkmale
Abbildung: Struktur der Gleichrichtungsdiode Abbildung: Symbole der Gleichrichtungsdiode
  • Wird für die Gleichrichtung verwendet (d. h. die Primärseite des Netzteilblocks)
  • Hauptsächlich Klasse 1A und höher, hohe Durchbruchspannung (400 V/600 V)

Gleichrichtungsdioden wandeln, wie der Name impliziert, allgemeine Wechselstromfrequenzen in Gleichstrom um. Zur Gleichrichtung gehört primär die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom, wobei hohe Spannungen und Ströme vorliegen können. Die Umwandlungseffizienz variiert beachtlich je nach der vorhandenen Frequenz und den Bedingungen. Daher werden verschiedene Typen angeboten, wie Niedrig-VF-Modelle (Durchlassspannung), Modelle mit hoher Schaltfähigkeit und Low-Noise-Modelle.

Abbildung: Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom
Abbildung - Schaltkreiskonfiguration bei Gleichrichtung

[Schaltkreiskonfiguration bei Gleichrichtung]

GleichrichtungsdiodenProduktsuche

Wechseldiode (SW): Struktur und Funktionen

Struktur Symbol Anwendungenï―ĨMerkmale
Figure -  Rectification Diode Structure Figure - Rectification Diode Symbols
  • Optimal geeignet für eine Vielzahl an Schalteranwendungen
  • SchaltgeschwindigkeitïžšKurze Sperr-Erholzeit (trr)

Diese Dioden werden als Schalter verwendet. Die Bereitstellung von Spannung in Vorwärtsrichtung lässt den Strom fließen (EIN). Umgedreht lässt die Bereitstellung von Spannung in Rückwärtsrichtung den Strom stoppen. Wechseldioden werden normalerweise durch kürzere Sperr-Erholzeiten (trr) charakterisiert, was zu einer besseren Schalterleistung führt.

Schalter EIN Schalter AUS
Figure -  ON Current Figure -  OFF Current

Was ist die Sperr-Erholzeit (trr)?

Bei der Sperr-Erholzeit (trr) handelt es sich um die Zeit, die eine Wechseldiode benötigt, um vollständig von einem AUS-Status in einen EIN-Status zu wechseln. Im Allgemeinen können Elektronen nicht sofort gestoppt werden, nachdem der Betrieb auf AUS geschaltet wird, und ein Teil des Stroms fließt in die entgegengesetzte Richtung. Je höher dieser Ableitstrom ist, desto größer der Verlust. Die Sperr-Erholzeit kann jedoch mit Schwermetalldiffusion, Materialoptimierung oder durch die Entwicklung von Hochgeschwindigkeitsdioden (FRD, Fast Recovery Diodes) verkürzt werden, die das Schwingen nach der Erholphase unterdrücken.

Graph - High switching speed →Smaller area (power consumption)→ Less heat
Hauptaspekte
  • Die Sperr-Erholzeit (trr) bezieht sich auf die Zeit, die der Strom zum Abklingen benötigt, wenn die Spannung in die umgekehrte Richtung wechselt.
  • Eine kürzere Sperr-Erholzeit (trr) führt zu weniger Verlusten und höheren Schaltgeschwindigkeiten.
WechseldiodeProduktsuche

Schottky-Dioden (SBD): Struktur und Funktionen

Struktur Symbol Anwendungenï―ĨMerkmale
Abbildung - SBD-Struktur Abbildung - SBD-Symbol
  • Wird für die sekundäre Gleichrichtung des Stroms verwendet
  • Niedrige VF(geringer Verlust), große IR
  • Hohe Schaltgeschwindigkeit

Im Gegensatz zu konventionellen Dioden, die ihre Diodenmerkmale über eine PN-Sperrschicht (Halbleiter-Halbleiter) zeigen, verwenden Schottky-Dioden eine Schottky-Sperre, die aus einer Halbleiter-Sperrschicht besteht. Dies führt zu niedrigeren VF-Merkmalen (Abfall der Durchlassspannung) im Vergleich zu Dioden mit einer PN-Sperrschicht und ermöglicht schnellere Schaltgeschwindigkeiten. Ein Nachteil ist jedoch der größere Ableitstrom (IR), der Gegenmaßnahmen erforderlich macht, um thermisches Durchgehen zu vermeiden.

Abbildung - Schottky-Dioden mit niedriger VF, aber großem IR

Schottky-Dioden, die häufig für die sekundäre Gleichrichtung des Stroms verwendet werden, zeigen Merkmale, die je nach verwendetem Metalltyp sehr variieren können. ROHM bietet eine umfassende Produktpalette von industrieführenden Schottky-Dioden, die verschiedene Metalle verwenden.

  • RB**1-Serien mit niedrigem VF-Typ
  • RB**0-Serien mit niedrigem lR-Typ
  • ROHM bietet die RB**8-Serie der ultraniedrigen IR-Dioden für Anwendungen in der Automobiltechnik
Hauptaspekte
  • Niedrige VF- und IR-Typen können durch einfaches Austauschen des Metalls erreicht werden.

Thermisches Durchgehen

Schottky-Dioden sind anfällig für übermäßige Wärmeentwicklung während hoher Ströme. Als ein Ergebnis kann die Kombination von großer Wärme mit erhöhtem IR (Ableitstrom) zu einem Anstieg der Gehäusetemperatur und der Umgebungstemperatur führen. Als Konsequenz kann eine falsche thermische Auslegung zu einer Wärmemenge führen, die die abgeleitete Menge übersteigt. Dies kann zu übermäßiger Wärmeerzeugung, Ableitstrom und möglicherweise zu Schäden führen. Dieses Phänomen wird "Thermisches Durchgehen" genannt.

Abbildung - Wärmeerzeugung > Wärmeableitungâ†'Stabile IR/Wärmeerzeugung < Wärmeableitungâ†'Thermisches Durchgehen
Key Points
  • Hohe Umgebungstemperaturen können zu thermischem Durchgehen führen
Schottky-DiodeProduktsuche

Z-Diode (ZD):Struktur und Funktionen

Struktur Symbol Anwendungen・ Merkmale
Figure - Zener Diode Structure Figure - Zener Diode Symbol
  • Used in constant voltage circuits
  • Protects ICs from damage due to surge currents and ESD
  • Generates a constant voltage when voltage is supplied in the reverse direction

Zener-Dioden werden meist in Schaltkreisen mit konstanter Spannung verwendet, um eben eine konstante Spannung zu gewährleisten, selbst dann, wenn die Spannung schwankt. Oder als Schutzelement vor Spitzenstrom und elektrostatischer Entladung. Anders als Standard-Dioden, die in Vorwärtsrichtung eingesetzte werden, sind Zener-Dioden dazu gedacht, in Rückwärtsrichtung eingesetzt zu werden. Die Durchbruchsspannung einer Zener-Diode nennt man auch die Zener-Spannung (VZ), und ihr aktueller Wert in diesem Moment ist der Zener-Strom (IZ). Angesichts der immer kleiner werdenden Bauteile und der steigenden Leistung von elektronischen Geräten ist in den letzten Jahren der Bedarf an fortschrittlicheren Schutzgeräten gestiegen, was zum Entstehen der TVS-Dioden geführt hat (Transient Voltage Suppression/transiente Spannungsunterdrückung).

Graph - Zener diodes maintain a constant voltage even with fluctuating currents
Key Points
  • Nur Zener-Dioden werden in Rückwärtsrichtung betrieben
Zener DiodeProduct Search

Hochfrequenz-Dioden (PIN-Dioden): Struktur und Funktionen

Struktur Symbol Anwendungen・ Merkmale
Abbildung - Struktur der Hochfrequenzdiode Abbildung - Symbol der Hochfrequenzdiode
  • Hochfrequenzschaltung→Geeignet für Mobiltelefone usw.
  • Regelwiderstandselement für AGC(*) und Abschwächungsschaltkreise
    *: Automatic Gain Control, automatischer Verstärkungsregler
  • Die (interne) Diodenkapazität (Ct) ist sehr gering

Ein l-Typ-Halbleiter mit hohem Widerstand wird verwendet, um eine deutlich niedrigere Diodenkapazität zu erlangen (Ct). Demzufolge fungieren PIN-Dioden als Regelwiderstand mit Durchlassspannung und verhalten sich wie ein Kondensator mit Sperrvorspannung. Hochfrequenzmerkmale (niedrige Kapazität führt zu minimalen Auswirkungen von Signalleitungen) ermöglichen so die Verwendung als Regelwiderstandselemente in einem breiten Spektrum von Anwendungen. Dazu gehören Abschwächer, Hochfrequenzsignalschalter (z. B. Mobiltelefone, für die eine Antenne erforderlich ist) und AGC-Schaltkreise.

Durchlassspannung Sperrspannung
Abbildung - Durchlassspannung→Aufladungâ†'Verminderter Widerstand Abbildung - Sperrspannung→Eine elektrisch neutrale Übergangsschicht wird durch Füllen der intrinsischen Schicht, die zwischen P- und N-Schichten erstellt wird, mit Ladungsträgern (Löchern und Elektronen) geformt.
Variabler Widerstand mit DurchlassspannungSchaltbildsymbol - Variabler Widerstand Kondensator mit SperrvorspannungSchaltbildsymbol - Kondensator

Was ist die Diodenkapazit (Ct)?

Die Größe der internen Aufladung beim Bereitstellen einer Sperrvorspannung wird Diodenkapazität genannt (Ct). Eine elektrisch neutrale Übergangsschicht wird durch Füllen der intrinsischen Schicht, die zwischen P- und N-Schichten erstellt wird, mit Ladungsträgern (Löchern und Elektronen) geformt. Die Übergangsschicht fungiert als parasitärer Kondensator, dessen Kapazität proportional zum Bereich der PN-Sperrschicht und umgekehrt proportional zum Abstand (d) ist. Der Abstand wird durch die Konzentration von P- und N-Schichten bestimmt. Das Anlegen von Spannung an die Diode führt zu einer vergrößerten Übergangsschicht und zu einer verminderten Ct. Die erforderliche Ct variiert je nach Anwendung.

[Anlegen einer Sperrspannung]

Abbildung - Sperrvorspannung: Eine elektrisch neutrale Übergangsschicht wird durch Füllen der intrinsischen Schicht, die zwischen P- und N-Schichten erstellt wird, mit Ladungsträgern (Löchern und Elektronen) geformt.
Abbildung - Kapazitätsberechnung
Hauptaspekte
  • Je breiter die Übergangsschicht (und je größer der Abstand), desto niedriger die Kapazität Ct.
Variabler Widerstand mit DurchlassspannungProduktgruppe Seite