Für Modelleisenbahner ist es schon mal von Bedeutung, den Verlauf einer Diodenkennlinie zu kennen.
Im Durchlassbereich von einer Diode ist der Kennlinienverlauf vom Diodenstrom und der Dioden-
spannung stark nichtlinear. Als Beispiel einer Diode, die wir sehr häufig in elektronischen Schaltungen
in unseren Modelleisenbahnanlagen einsetzen, haben wir die Siliziumdiode 1N4001 ausgewählt. Es handelt
sich bei dieser Diode um ein Halbleiterbauelement mit einem p- und n-Übergang aus Silizium. Dioden
lassen den Strom in einer Richtung, der Durchlassrichtung (Rd klein) passieren und sperren in der
anderen Richtung (Sperrrichtung Rd groß).
Zum Vergleich sind im obigen Bild drei Silizium-Dioden dargestellt. Die maximalen Ströme in Durchlass-
richtung sind:
1N5400 Idmax = 3 A
1N4001 Idmax = 1 A
1N4148 Idmax = 100 mA
Der silbergraue Farbring an einer Seite der Diode kennzeichnet den Minuspol. Die Stromrichtung
verläuft vom Pluspol zum Minuspol. Das Symbol einer Diode wird wie folgt gezeichnet:
Als Spannungsquelle Uo wird ein regelbares Netzgerät verwendet. Ein Potentiometer ist parallel an
das Netzgerät geschaltet. Der Potiabgriff ermöglicht die Feineinstellung der Spannungshöhe für den
daran angeschlossenen Stromkreis bestehend aus einem Vorwiderstand (Rv=100Ω),
einem Strommesser und der zu untersuchenden Diode 1N4001. Parallel zur Diode ist ein hochohmiges
Voltmeter geschaltet.
Um den Diodenstrom messen zu können, muss der Stromkreis zwischen Diode und dem Vorwiderstand zunächst
aufgetrennt werden. Mit dem Strommessgerät wird der Stromkreis wieder geschlossen. Wir verwenden
ein Universalmessgerät mit Zeiger und Skalenteilung. Dies ist ein Analoginstrument mit einem Messbe-
reichsschalter. Wie aus dem folgenden Bild ersichtlich, befindet sich der Messbereichsschalter in der
Stellung 0...15 mA und Gleichstrom "A =".
Die Einstellung von aufsteigenden Stromwerten im mA-Bereich erfolgt mit dem Potentiometer.
Die Messung der Diodenspannung erfolgt mit einem hochohmigen Digitalvoltmeter, das parallel zur Diode
geschaltet ist.
Der Spannungsmessbereich ist auf Stellung 2000 mV und Gleichspannung "DCV" eingestellt.
Tabelle der Wertepaare Diodenstrom und Durchlass-Spannung:
| Id in mA | 0,5 | 1 | 5 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Ud in Volt | 0,537 | 0,573 | 0,652 | 0,683 | 0,716 | 0,749 | 0,769 | 0,782 | 0,793 |
Die gemessenen Wertepaare liefern die dunkelblauen Punkte im folgenden Schaubild. Von jedem Messpunkt
wird der Spannungsmesswert Ud auf der horizontalen Achse und der Stromwert Id auf der vertikalen Achse
aufgetragen. Die dunkelblaue
Verbindungslinie liefert die Diodenkennlinie.
Ergebnis:
Erst ab ca. 0,5 Volt fliesst Strom durch eine Siliziumdiode. Im Bereich von 0,5 bis 0,7 Volt ist
die Diodenkennlinie gekrümmt und erreicht bei 0,7 Volt einen Durchlassstrom von ca. 18 mA. Danach
steigt der Durchlassstrom steil an, wenn die Diodenspannung weiter erhöht wird. Die rote Gerade ist
eine vereinfachte Diodenkennlinie und beginnt bei 0,7 Volt. Der Durchlasswiderstand Rd im Bereich
bis 120 mA beträgt dann nur noch etwa 0,8 Ohm.
Vier Silizium-Dioden bilden einen Brückengleichrichter, der aus der angelegten Wechselspannung eine
pulsierenden Gleichspannung liefert. Die Brückenschaltung zeigt das folgende Bild :
Die grünen und roten Pfeile zeigen den Stromverlauf der beiden Halbwellen von der Wechselspannung.
Ein Brückengleichrichter für 1,5 A hat folgendes Aussehen:
Die Germanium-Spitzendiode OA 81 ist eine Halbleiter-Diode, bei der eine Drahtspitze auf ein einkristal-
lines Halbleiterplättchen drückt.
Die Durchlassspannung bei der OA 81 beträgt nur 0,5 Volt.
Nun zurück zur Modelleisenbahn mit Elektronik. Für rote und grüne Leuchtdioden (LEDs) z.B. in Licht-
signalen wird die 14V - Wechselspannung vom Trafo mit einer Diode in pulsierende Gleichspannung umge-
wandelt. Außerdem begrenzt ein Vorwiderstand den Strom durch die LED auf etwa 20 mA.
