Dioden sind Halbleiter-Bauelemente, die den Strom nur in einer Richtung durchlassen. Man baut sie meist aus Silizium und verwendet dabei zwei Schichten aus N-dotiertem und P-dotiertem Silizium. An der Berührungsfläche zwischen beiden Schichten bildet sich eine nichtleitende Sperrschicht geringer Dicke. Freie Elektronen füllen in diesem Bereich Löcher, so dass wie im reinen Silizium praktisch keine freien Ladungsträger mehr vorhanden sind. Die Diode ist damit zunächst ein Nichtleiter.
Schichtenaufbau einer Diode
Legt man an die äußeren Kontakte der Diode eine kleine Spannung, dann vergrößert oder verkleinert sich die Sperrschicht. Zunächst soll der N-Anschluss mit dem Minuspol und der P-Anschluss mit dem Pluspol verbunden werden. Die Ladungen an den Anschlüssen stoßen dann ihre jeweiligen Ladungsträger im Kristall ab, so dass sie in Richtung der Sperrschicht gedrückt werden. Ab einer Spannung von ca. 0,5 V beginnen sich die N- und die P-Schicht zu berühren, d.h. die Sperrschicht hebt sich auf. Damit fließt nun auch ein Strom. Bei ca. 0,7 V ist eine gute Leitfähigkeit erreicht. Die Diode wird nun in Durchlassrichtung betrieben. Den Pluspol nennt man Anode, den Minuspol Kathode.
Diode in Durchlassrichtung
Polt man die Spannung um, tritt der gegenteilige Effekt auf: Ladungsträger werden zu den äußeren Anschlüssen hingezogen, so dass sich die Sperrschicht vergrößert. Die isolierende Wirkung der Sperrschicht wird also besser. An eine typische Diode vom Typ 1N4004 kann so eine Sperrspannung von bis zu 400 V gelegt werden.
Vergrößerung der Sperrschicht in Sperrichtung
Man kann die Diode als ein elektrisches Ventil bezeichnen, da sie den Strom nur in einer Richtung passieren lässt. Sie wird daher häufig als Gleichrichter eingesetzt.
Kurzvortrag: Sperrschichten