Wie werden Dioden in unserem Alltag verwendet?

Eine Diode ist ein elektronisches Bauteil mit zwei Anschlüssen, das Strom nur in eine Richtung leitet und nur dann, wenn an seinen beiden Anschlüssen eine bestimmte minimale Potenzialdifferenz oder Spannung anliegt. Frühere Dioden wurden verwendet, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln und das Signal in Radios herauszufiltern. Dioden sind seither allgegenwärtig und dienen zum Schutz von Elektronik, zur Beleuchtung unserer Häuser und zum Senden von Fernbedienungssignalen.

Um die Grundlagen der Verwendung einer Diode zu verstehen, hilft es, sich die Struktur einer Standarddiode anzusehen. Die Standard-p-n-Diode hat zwei Halbleiter, die sich kontaktieren und eine Schnittstelle bilden. Reine Halbleiter leiten nicht, daher werden Metallverunreinigungen hinzugefügt. In einem Halbleiter der p-n-Diode gibt das verunreinigende Metall leicht ein Elektron ab; der andere ist ebenfalls mit einem Metall dotiert (verunreinigt), das leicht ein Elektron aufnimmt. An der Grenzfläche bewegen sich Elektronen von einer Seite zur anderen, wodurch die Atome, die die Elektronen hinterlassen haben, positiv geladen und die empfangenden Atome negativ werden. Diese Neutralitätsabweichung tritt nur an der Schnittstelle auf. Es erzeugt ein elektrisches Feld, so dass Elektronen, die von einem äußeren Strom einfließen, hauptsächlich von der Elektronen aufnehmenden Seite zur Elektronen abgebenden Seite gehen.

Diese unidirektionale Eigenschaft wurde zuerst in AM-Radios ausgenutzt. Das Funksignal schwingt hin und her und erzeugt einen Wechselstrom in der Antenne. Vor der Verstärkung muss das Signal unidirektional gemacht werden. Die Diode eines Radios lässt also die Hälfte des Signals durch, das die Elektronen in eine Richtung bewegt, aber nicht die andere Hälfte. Kurz gesagt, der Wechselstrom wird in Gleichstrom umgewandelt. Kondensatoren filtern dann die hohen Frequenzen heraus und lassen nur das Audiosignal zurück, das zur Verstärkung bereit ist.

Wenn Sie eine Spannung an eine Diode anlegen, bewegen sich Elektronen aus dem elektrischen Strom um die Stromkreis emittiert eine bestimmte Wellenlänge des Lichts, wenn er sich an die Verunreinigung anheftet, die ein Elektron. So erzeugen Leuchtdioden (LEDs) Licht. Die Elektronen bewegen sich dann aufgrund des elektrischen Feldes dazwischen über die Halbleitergrenzfläche, überqueren die Halbleiter, der Elektronen spendet, und weiter zum hinteren Ende der Spannungsquelle, um die Schaltkreis.

So wie Dioden Licht erzeugen können, können sie auch Strom erzeugen, wenn sie es empfangen. Die beiden Typen arbeiten zusammen in einem Fernbedienungsgerät, zum Beispiel für Ihren Fernseher. Letzteres ist die Funktionsweise von Photovoltaikmodulen. Zwei Dioden emittieren Licht von Ihrer Fernbedienung: Eine emittiert sichtbares Licht, um Sie darüber zu informieren, dass das Signal gesendet wird; der andere emittiert ein binäres Signal bei einer unsichtbaren Wellenlänge (daher die Notwendigkeit der sichtbaren Photodiode). Die Photonen treffen auf den elektronenspendenden Halbleiter, setzen Elektronen frei und geben ihnen kinetische Energie. Die kinetische Energie kann nur in eine Richtung übertragen werden, da nur eine Richtung des elektrischen Stroms zulässig ist. Auf dieselbe Weise funktionieren Sonnenkollektoren, die Photonen von der Sonne nur in eine Richtung in elektrischen Strom umwandeln.

Eine Diode kann die Schaltung vor falsch eingelegten Batterien schützen. Die Polarität ist falsch, aber es wird die Schaltung hinter der Diode nicht beschädigt, die nur einen schwachen Strom durchlässt. Auch in Überspannungsableitern spielen Dioden eine Rolle. Sogenannte „Avalanche“-Dioden führen zu einem Erdungsdraht, lassen aber aufgrund ihrer unidirektionalen Ausrichtung keinen regulären Strom durch. Bei einer ausreichend hohen Spannung lässt eine Diode Spannung durch. Bei Spannungsstößen weit über den Betriebspegel öffnet sich die Avalanche-Diode und lässt die zusätzliche Spannung durch das Erdungskabel ab.