11.1 : Die ideale Diode

Eine Diode ist ein Halbleiterbauelement, das Strom nur in eine Richtung fließen lässt, was sie zu einem wichtigen Bauteil in elektronischen Schaltkreisen zur Steuerung der Stromflussrichtung macht. Eine ideale Diode ist eine vereinfachte Version einer echten Diode, die verwendet wird, um zu verstehen, wie Dioden in Schaltkreisen funktionieren. Sie besitzt zwei Anschlüsse: die positive Anode und die negative Kathode. Wenn an die Anode im Verhältnis zur Kathode eine positive Spannung angelegt wird, befindet sich die Diode in einem vorwärts vorgespannten Zustand, wodurch Strom durchfließen kann. Im Gegensatz dazu ist die Diode in Sperrrichtung vorgespannt, wenn die Kathode ein höheres Potenzial als die Anode hat. Sie verhindert den Stromfluss und funktioniert wie ein offener Schalter.

Das Verhalten einer idealen Diode wird durch stückweise lineare I-V-Kennlinien (Strom-Spannung) dargestellt, die aus zwei Abschnitten bestehen: einer vertikalen Linie, die den Stromfluss unter Vorwärtsvorspannung darstellt, und einer horizontalen Linie, die keinen Stromfluss im rückwärts vorgespannten Zustand anzeigt. Dieses Modell zeigt einen scharfen Übergang zwischen Leitungs- und Nichtleitungszuständen und eliminiert so die allmähliche Kurve in realen Dioden.

Während reale Dioden bei Durchlassspannung einen gewissen Spannungsabfall und bei Sperrspannung einen winzigen Leckstrom aufweisen, ignoriert das ideale Diodenmodell diese Aspekte, um die Schaltungsanalyse zu vereinfachen. Dieses Modell ist in Gleichrichterschaltungen von Bedeutung, die Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln. Während positiver Wechselstromzyklen leitet die ideale Diode, wodurch die Ausgangsspannung gleich der Eingangsspannung ist. In negativen Zyklen blockiert sie den Strom, was zu einer Ausgangsspannung von Null führt. Dieser Prozess führt zu einem Gleichstromausgang, der für viele elektronische Geräte, die eine stabile und kontinuierliche Stromversorgung benötigen, unerlässlich ist.