Funktionsprinzip
Eine Diode entsteht dort, wo p- und n-dotierter Halbleiter aufeinandertreffen. Am Übergang rekombinieren Elektronen und Löcher und hinterlassen eine Raumladungszone mit einem inneren elektrischen Feld, der Diffusionsspannung. Dieses Feld macht das Bauteil einseitig durchlässig: Es wirkt der weiteren Diffusion der Ladungsträger entgegen, sodass Strom in einer Richtung leicht fließt und in der anderen gesperrt wird. Die p-Seite ist die Anode, die n-Seite die Kathode.
Fluss- und Sperrrichtung
Wird die Anode positiv angeschlossen, verengt sich die Raumladungszone, und sobald die angelegte Spannung die Flussspannung übersteigt — rund 0,7 V bei Silizium, 0,3 V bei Germanium —, leitet die Diode, wobei der Strom bei winzigen weiteren Spannungserhöhungen exponentiell ansteigt. In Sperrrichtung weitet sich die Zone, und es fließt nur ein sehr kleiner Sperrstrom. Wird die Sperrspannung groß genug, bricht der Übergang durch: Bei einem gewöhnlichen Gleichrichter ist das zerstörend, eine Z-Diode ist für genau diesen Betrieb ausgelegt.
Die Kennlinie
Die I-U-Kennlinie einer Diode ist ausgeprägt nichtlinear, und genau das macht sie nützlich. Die Shockley-Gleichung beschreibt sie: Der Strom hängt exponentiell von der Sperrschichtspannung ab, mit dem Sättigungsstrom und der temperaturabhängigen Temperaturspannung als Konstanten. Praktische Folge ist, dass eine leitende Diode über einen weiten Strombereich eine nahezu konstante Spannung hält — sie muss deshalb stets über ein strombegrenzendes Element betrieben und niemals direkt an eine Spannungsquelle gelegt werden.
Einsatzgebiete
Dioden gleichen Wechsel- in Gleichspannung gleich — als Einweg-, Zweiweg- und Brückenschaltung am Eingang nahezu jedes Netzteils. Sie begrenzen induktive Spannungsspitzen an Relaisspulen und Motorwicklungen, schützen Schaltungen gegen Verpolung und bilden Begrenzer- und Klemmschaltungen im Signalweg. Nahe Verwandte erweitern das Prinzip: Schottky-Dioden für geringe Flussspannung und schnelle Erholung, Z-Dioden als Spannungsreferenz und LEDs zur Lichterzeugung.