Dioden: Kennlinie, Gleichrichter-, Schottky-, Schutz- und Freilaufdioden

Dioden: Kennlinie, Gleichrichter-, Schottky-, Schutz- und Freilaufdioden

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Diode, Kennlinie, Arbeitspunkt, Gleichrichterdiode, Brückengleichrichter, Schottky-Diode, Freilaufdiode, Verpolungsschutz, Schutzdiode, Kapazitätsdiode, Fotodiode, Datenblatt

tl/dr; (ca. 29 min Lesezeit): Dioden lassen den Strom nur in eine Richtung durch. Dieser Artikel zeigt Schritt für Schritt, wie Du Kennlinie und Datenblatt einer Diode liest, Spannungen und Ströme in Diodenschaltungen bestimmst und Dioden als Gleichrichter, Freilauf-, Verpolungs-, Rückstrom- und Eingangsschutz, zur Entkopplung sowie als Kapazitäts- und Fotodiode einsetzt [AI-Assisted]. (Zuletzt geändert am 11.11.2026)

Dieser Artikel baut auf der Kann-Liste des Artikels Der Gleichstromkreis auf.

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Als Elektrotechnik-Grundlagen kann ich nach Durcharbeiten des Artikels…

• … Durchlassspannung, Sperrstrom, Gleichstrom- und differenziellen Widerstand einer Diode aus Kennlinie oder Datenblatt ermitteln und Durchlassspannungen messen.

• … Spannungen, Ströme und Verlustleistungen in Schaltungen mit Dioden über die Durchlasskennlinie bzw. die Arbeitsgerade bestimmen.

• … Gleichrichterdioden und Brückengleichrichter nach Datenblatt bzw. Typenkennzeichnung auswählen, die Polung der Dioden in einer Brücke bestimmen und Fehler in Gleichrichterschaltungen erkennen.

• … die Aufgabe der Freilaufdiode an Relais, Ventilen und Motoren erklären, richtige Ansteuerschaltungen erkennen und die Folgen einer verpolten Freilaufdiode beschreiben.

• … Verpolungsschutz mit Reihendiode oder mit Paralleldiode und Feinsicherung sowie den Rückstromschutz an Spannungsreglern erklären und die Folgen falsch gepolter Schutzdioden beschreiben.

• … Eingänge mit Schottky-Dioden gegen Überspannung schützen und die begrenzten Spannungen bestimmen.

• … die Aufgabe von Dioden zur Entkopplung (Dioden-ODER, Pufferung) erklären und die logische Funktion von Diodenschaltungen bestimmen.

• … die Kapazität einer Kapazitätsdiode aus der Kennlinie ablesen und die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises berechnen sowie Kennwerte einer Fotodiode aus dem Datenblatt ermitteln.

• … Sollspannungen an Dioden als Vergleichswerte für die Fehlersuche bestimmen.

Darüber hinaus kann ich als Elektrotechnik-Expertenwissen…

• … einen Verpolungsschutz ohne nennenswerten Spannungsfall entwerfen und mit einer Reihendiode vergleichen sowie die Ersetzbarkeit von Dioden durch andere Typen begründen.

Kaum eine Platine kommt ohne Dioden aus: Sie richten Wechselspannung gleich, schützen Geräte vor falsch angeschlossenen Netzteilen, fangen die Abschaltspannung von Relaisspulen ab und halten Überspannungen von empfindlichen Mikrocontroller-Eingängen fern. Allen Anwendungen liegt dieselbe Eigenschaft zugrunde: Eine Diode leitet in einer Richtung gut und sperrt in der anderen fast vollständig. Wer ihre Kennlinie lesen kann, versteht auch die Schaltungen.

Das folgende Bild zeigt die Kennlinie einer Siliziumdiode und einer Schottky-Diode. Links siehst Du den Sperrbereich mit sehr kleinen Strömen (Mikroampere), rechts den Durchlassbereich mit Strömen bis ein Ampere – beide Bereiche brauchen ganz unterschiedliche Maßstäbe.

Zum Üben gibt es einen eigenen Artikel mit Aufgaben und einblendbaren Beispiellösungen: Übungsaufgaben zu Dioden.

Schritt 1: Aufbau, Schaltzeichen und Diodenarten

Eine Diode besteht aus einem p-dotierten und einem n-dotierten Halbleiterbereich. An der Grenze der beiden Bereiche entsteht eine Sperrschicht ohne frei bewegliche Ladungsträger. Die Anschlüsse heißen Anode (A, p-Seite) und Kathode (K, n-Seite). Im Schaltzeichen zeigt das Dreieck in Durchlassrichtung, der Querstrich markiert die Kathode; auf dem Bauteil ist die Kathode meist durch einen Ring gekennzeichnet.

• Durchlassrichtung: Die Anode ist positiver als die Kathode. Oberhalb der Schleusenspannung steigt der Strom steil an, die Spannung an der Diode bleibt fast konstant. Diese Spannung heißt Durchlassspannung U_\mathrm{F} (forward voltage).

• Sperrrichtung: Die Kathode ist positiver als die Anode. Es fließt nur ein sehr kleiner Sperrstrom I_\mathrm{R} (reverse current), bei Siliziumdioden im Nano- bis Mikroamperebereich. Wird die zulässige Sperrspannung überschritten, bricht die Diode durch und wird meist zerstört.

Je nach Halbleitermaterial und Aufbau gibt es Dioden für ganz unterschiedliche Aufgaben:

Typbezeichnung nach Pro Electron

Europäische Halbleiter tragen oft eine Bezeichnung nach dem Pro-Electron-Schema: Der erste Buchstabe nennt das Material, der zweite die Funktion, danach folgen Ziffern (bei Industrietypen ein weiterer Buchstabe) als laufende Nummer.

Eine Diode, deren Bezeichnung mit „BY“ beginnt, ist also eine Silizium-Gleichrichterdiode, „BB“ steht für eine Silizium-Kapazitätsdiode. Viele Typen aus amerikanischer oder asiatischer Fertigung folgen anderen Schemata (z. B. „1N…“); dann hilft nur das Datenblatt.

Schritt 2: Kennlinie, Widerstand und Arbeitspunkt

Die Diode ist kein ohmscher Widerstand: Das Verhältnis von Spannung zu Strom hängt davon ab, wo auf der Kennlinie Du Dich befindest. Aus der Durchlasskennlinie bestimmst Du deshalb zwei verschiedene Widerstandswerte für einen Arbeitspunkt:

• Der Gleichstromwiderstand (statischer Widerstand) ist das Verhältnis der Werte im Arbeitspunkt: R_\mathrm{F} = \dfrac{U_\mathrm{F}}{I_\mathrm{F}}. Er sagt, welcher Strom bei der anliegenden Gleichspannung fließt.

• Der differenzielle Widerstand beschreibt die Steigung der Kennlinie um den Arbeitspunkt: r_\mathrm{F} = \dfrac{\Delta U_\mathrm{F}}{\Delta I_\mathrm{F}}. Er sagt, wie stark sich die Diodenspannung ändert, wenn sich der Strom ändert. Weil die Kennlinie im Durchlassbereich steil ist, ist r_\mathrm{F} viel kleiner als R_\mathrm{F}.

Für r_\mathrm{F} liest Du zwei Punkte kurz unterhalb und oberhalb des Arbeitspunkts ab, z. B. bei 50\ \mathrm{mA} und 150\ \mathrm{mA}, und bildest den Quotienten der Differenzen.

Spannungen und Ströme mit der Arbeitsgerade bestimmen

Liegt eine Diode in Reihe mit einem Widerstand R an der Betriebsspannung U_\mathrm{B}, gilt nach der Maschenregel U_\mathrm{B} = U_R + U_\mathrm{F}. Strom und Diodenspannung hängen voneinander ab – genau diese Abhängigkeit beschreibt die Kennlinie. Die Lösung findest Du grafisch:

1. Leerlaufpunkt eintragen: Fließt kein Strom, liegt die ganze Spannung an der Diode (U = U_\mathrm{B}, I = 0).

2. Kurzschlusspunkt eintragen: Wäre die Diode ein Kurzschluss, flösse I_\mathrm{K} = \dfrac{U_\mathrm{B}}{R} (U = 0).

3. Beide Punkte verbinden: Das ist die Arbeitsgerade des Widerstands.

4. Der Schnittpunkt mit der Diodenkennlinie ist der Arbeitspunkt; dort liest Du I und U_\mathrm{F} ab.

Im Beispiel liegen U_\mathrm{B} = 2\ \mathrm{V} und R = 10\ \Omega an: Die Arbeitsgerade verbindet (2\ \mathrm{V};\ 0) mit (0;\ 200\ \mathrm{mA}). Der Arbeitspunkt liegt bei etwa 0{,}70\ \mathrm{V} und 130\ \mathrm{mA}; am Widerstand fallen dann 2\ \mathrm{V} - 0{,}70\ \mathrm{V} = 1{,}30\ \mathrm{V} ab, und die Diode setzt P = U_\mathrm{F} \cdot I \approx 0{,}70\ \mathrm{V} \cdot 0{,}13\ \mathrm{A} \approx 91\ \mathrm{mW} in Wärme um.

Für eine schnelle Rechnung genügt oft das Konstantspannungsmodell: Die leitende Diode wird durch eine feste Spannung ersetzt (Si 0{,}7\ \mathrm{V}, Schottky 0{,}3\ \mathrm{V}), eine sperrende Diode durch eine Unterbrechung. Dann ist I = \dfrac{U_\mathrm{B} - U_\mathrm{F}}{R}. Je kleiner U_\mathrm{B} im Vergleich zu U_\mathrm{F} ist, desto ungenauer wird diese Näherung – dann ist die Arbeitsgerade das bessere Werkzeug.

Schritt 3: Datenblatt lesen, Dioden messen und ersetzen

Für die Auswahl einer Diode sind vor allem die Grenzwerte (absolute maximum ratings) wichtig, die nie überschritten werden dürfen, und die Kennwerte (characteristics), die das Verhalten im Betrieb beschreiben. Das Beispiel zeigt einen Auszug für zwei erfundene Typen:

Der Vergleich zeigt den typischen Kompromiss: Die Schottky-Diode hat die halbe Durchlassspannung und damit etwa die halbe Verlustleistung, verträgt aber nur eine kleine Sperrspannung und hat einen deutlich größeren Sperrstrom, der mit der Temperatur weiter steigt. Die Sperrverzögerungszeit t_\mathrm{rr} gibt an, wie lange eine Diode nach dem Umpolen noch in Sperrrichtung leitet; in Schaltnetzteilen mit hoher Frequenz muss sie klein sein.

Durchlassspannung messen

Die meisten Multimeter haben eine Stellung Diodentest (Diodensymbol). Das Messgerät treibt einen kleinen Strom (etwa 1\ \mathrm{mA}) durch das Bauteil und zeigt die Spannung an:

• rote Messleitung an der Anode, schwarze an der Kathode: Anzeige der Durchlassspannung, bei Si-Dioden etwa 0{,}5 \dots 0{,}7\ \mathrm{V}, bei Schottky-Dioden 0{,}15 \dots 0{,}3\ \mathrm{V} (bei dem kleinen Messstrom niedriger als im Datenblatt bei 1\ \mathrm{A}),

• umgekehrt angeschlossen: Überlaufanzeige („OL“ oder „1“), die Diode sperrt,

• in beiden Richtungen fast 0\ \mathrm{V}: Die Diode ist durchlegiert (Kurzschluss); in beiden Richtungen Überlauf: Sie ist unterbrochen.

Mit demselben Verfahren prüfst Du einen Bipolartransistor: Für die Messung verhält er sich wie zwei Dioden, die an der Basis zusammenstoßen (Dioden-Ersatzschaltbild). Beim NPN-Transistor liegen beide Anoden an der Basis, beim PNP-Transistor beide Kathoden. Zwischen Kollektor und Emitter zeigt das Messgerät in beiden Richtungen Überlauf.

Dioden ersetzen

Eine Diode darf durch einen anderen Typ (oder eine Diode aus einem Dioden-Array) ersetzt werden, wenn der Ersatz in allen für die Schaltung wichtigen Grenzwerten mindestens gleich gut ist: Spitzensperrspannung U_\mathrm{RRM} und Dauergrenzstrom I_\mathrm{F(AV)} nicht kleiner, zulässige Verlustleistung ausreichend, Bauform und Anschlussbelegung passend. Bei schnellen Schaltungen kommt die Sperrverzögerungszeit hinzu. Eine Schottky-Diode ist nur dann ein guter Ersatz, wenn ihre kleinere Sperrspannung und der größere Sperrstrom in der Schaltung nicht stören.

Schritt 4: Gleichrichterdioden und Brückengleichrichter

Ein Gleichrichter formt Wechselspannung in pulsierende Gleichspannung um. Die einfachste Form ist der Einweggleichrichter mit einer einzigen Diode: Er lässt nur eine Halbwelle durch. Der Brückengleichrichter nutzt mit vier Dioden beide Halbwellen.

So findest Du die richtige Polung der Dioden in der Brücke:

• Am Plus-Ausgang treffen sich die beiden Kathoden (D_1, D_2).

• Am Minus-Ausgang treffen sich die beiden Anoden (D_3, D_4).

• An jedem Wechselspannungsanschluss liegen eine Anode und eine Kathode.

In jeder Halbwelle leiten zwei Dioden in Reihe: Ist der linke Wechselspannungsanschluss positiv, fließt der Strom über D_1, die Last und D_4 zurück; in der anderen Halbwelle über D_2, die Last und D_3. Durch die Last fließt der Strom immer in derselben Richtung. Weil zwei Dioden in Reihe leiten, fehlen am Ausgang etwa 2 \cdot 0{,}7\ \mathrm{V} = 1{,}4\ \mathrm{V} gegenüber dem Scheitelwert der Wechselspannung.

Die Ausgangsspannung des Brückengleichrichters pulsiert mit der doppelten Netzfrequenz (100\ \mathrm{Hz} bei 50\ \mathrm{Hz} Netz), beim Einweggleichrichter mit der Netzfrequenz. Wie ein Ladekondensator daraus eine geglättete Gleichspannung macht, beschreibt der Artikel Netzteil: Gleichrichtung und Glättung.

Gleichrichterdioden auswählen

• Sperrspannung: In der Brücke muss eine sperrende Diode etwa den Scheitelwert \hat{u} = \sqrt{2} \cdot U_\mathrm{eff} aushalten (beim Einweggleichrichter mit Ladekondensator bis zu 2 \cdot \hat{u}). Mit Sicherheitszuschlag für Netzschwankungen und Spannungsspitzen wählt man U_\mathrm{RRM} meist mindestens doppelt so groß.

• Strom: In der Brücke führt jede Diode im Mittel die Hälfte des Laststroms. Der Dauergrenzstrom I_\mathrm{F(AV)} muss darüber liegen; beim Einschalten lädt sich ein Ladekondensator mit einem großen Stromstoß, den I_\mathrm{FSM} abdecken muss.

Fertige Brückengleichrichter tragen oft eine Kurzbezeichnung nach dem Muster „B 250 C 5000“:

Fehler in Gleichrichterschaltungen

• Eine Diode unterbrochen: Eine Halbwelle fehlt, die Brücke arbeitet als Einweggleichrichter. Die Ausgangsspannung pulsiert nur noch mit 50\ \mathrm{Hz}, mit Ladekondensator wird die Brummspannung deutlich größer und die mittlere Ausgangsspannung sinkt.

• Eine Diode verpolt eingelötet oder durchlegiert: In einer Halbwelle bilden die fehlerhafte und eine richtige Diode einen Kurzschluss der Wechselspannungsquelle. Die Sicherung löst aus, oder Dioden und Transformator werden überlastet.

Schritt 5: Freilaufdioden an induktiven Lasten

Eine Spule (Relais, Schütz, Magnetventil, Motorwicklung) speichert Energie in ihrem Magnetfeld. Schaltet ein Transistor den Strom ab, versucht die Spule, den Strom aufrechtzuerhalten: Durch Selbstinduktion entsteht eine Spannung, die umso größer ist, je schneller der Strom abreißt. Sie addiert sich zur Betriebsspannung und kann am Schalttransistor ein Vielfaches von U_\mathrm{B} erreichen – der Transistor bricht durch und wird zerstört, oder Funken am Schaltkontakt lassen ihn verschleißen.

Eine Freilaufdiode (free wheeling diode) parallel zur Spule verhindert das. Sie liegt so, dass sie im Betrieb sperrt: Kathode an +U_\mathrm{B}, Anode am Transistor.

• Eingeschaltet: Der Strom fließt von +U_\mathrm{B} durch die Spule und den Transistor nach Masse; die Freilaufdiode sperrt.

• Beim Abschalten: Die Induktionsspannung kehrt die Spannung an der Spule um. Die Diode leitet, der Spulenstrom fließt im Kreis durch Spule und Diode weiter und klingt langsam ab. Die Spannung am Transistor steigt nur auf U_\mathrm{B} + U_\mathrm{F}.

Die Freilaufdiode muss den Spulenstrom kurzzeitig führen können (I_\mathrm{F} mindestens so groß wie der Spulenstrom) und eine Sperrspannung haben, die größer als U_\mathrm{B} ist. Häufige Fehler:

• Freilaufdiode fehlt oder ist unterbrochen: Der Transistor wird beim Abschalten durch die Spannungsspitze gefährdet.

• Freilaufdiode verpolt: Die Diode leitet schon beim Einschalten und schließt die Spule kurz. Über Diode und Transistor fließt ein großer Strom, das Relais zieht nicht an, Diode oder Transistor werden zerstört.

• Nebenwirkung: Weil der Strom langsam abklingt, fällt das Relais verzögert ab. Wo das stört, liegt eine Z-Diode oder ein Widerstand in Reihe zur Freilaufdiode; dann darf die Abschaltspannung etwas höher werden, die Energie wird aber schneller abgebaut.

Freilaufdioden funktionieren nur an Gleichspannung. An Wechselspannung würde die Diode in jeder zweiten Halbwelle leiten und die Spule kurzschließen; dort nutzt man RC-Glieder oder Varistoren.

Logik und Netz sicher trennen

Soll eine Kleinspannungsschaltung (Mikrocontroller, SPS-Ausgang) einen Verbraucher im 230-\mathrm{V}-Netz schalten, müssen beide Stromkreise galvanisch getrennt sein: Ein Fehler im Netzkreis darf keine gefährliche Spannung auf die berührbare Logikseite bringen. Geeignet sind ein Relais (Spule im Kleinspannungskreis mit Freilaufdiode, Kontakt im Netzkreis, ausreichende Kontakt- und Isolationsabstände) oder ein Optokoppler bzw. ein Halbleiterrelais, das die Information per Licht über eine Isolationsstrecke überträgt. Eine direkte Verbindung über Transistor oder Triac ohne Trennung ist nicht zulässig.

Schritt 6: Verpolungs-, Überstrom- und Rückstromschutz

Ein Gerät mit Gleichspannungsversorgung kann durch ein falsch angeschlossenes Netzteil zerstört werden. Dioden bieten drei verbreitete Lösungen:

Reihendiode: Bei einem Gerät mit 12\ \mathrm{V} und 1\ \mathrm{A} verursacht eine Si-Diode mit U_\mathrm{F} = 0{,}9\ \mathrm{V} einen Verlust von 0{,}9\ \mathrm{W}, und am Gerät liegen nur noch 11{,}1\ \mathrm{V}. Eine Schottky-Diode halbiert ungefähr Spannungsfall und Verlust. Den Spannungsfall bei Deinem Strom liest Du aus der Durchlasskennlinie ab.

Paralleldiode mit Feinsicherung: Die Diode liegt in Sperrrichtung parallel zum Geräteeingang (Kathode an Plus) und wirkt im Normalbetrieb nicht. Wird verpolt, leitet sie und begrenzt die Spannung am Gerät auf -U_\mathrm{F}; der Kurzschlussstrom lässt die Feinsicherung auslösen. Die Diode muss diesen Strom bis zum Auslösen aushalten (I_\mathrm{FSM}). Die Feinsicherung wählst Du nach Nennstrom (etwas über dem Betriebsstrom) und Auslösecharakteristik: flink (F) für empfindliche Elektronik ohne Einschaltstromstoß, mittelträge (M) oder träge (T), wenn beim Einschalten Kondensatoren geladen werden. Zugleich schützt die Sicherung bei einem Überstrom im Gerät.

Falsch gepolte Schutzdiode: Ist die Paralleldiode verkehrt herum eingelötet, leitet sie schon bei richtiger Polung. Die Sicherung löst beim ersten Einschalten aus, das Gerät geht nie in Betrieb. Eine verkehrt eingebaute Reihendiode sperrt im Normalbetrieb – das Gerät bleibt stromlos und funktioniert ausgerechnet nur bei Verpolung.

Verpolungsschutz ohne nennenswerten Spannungsfall: Ein P-Kanal-MOSFET in der Plusleitung (Drain zum Eingang, Source zum Gerät, Gate über einen Widerstand an Minus) wirkt wie eine Diode mit sehr kleinem Widerstand. Bei richtiger Polung leitet zuerst seine interne Bodydiode, dann liegt am Gate eine negative Gate-Source-Spannung und der Kanal schaltet durch. Der Spannungsfall ist U = R_\mathrm{DS(on)} \cdot I, bei R_\mathrm{DS(on)} = 20\ \mathrm{m\Omega} und 1\ \mathrm{A} nur 20\ \mathrm{mV} (Verlust 20\ \mathrm{mW} statt 0{,}9\ \mathrm{W}). Bei Verpolung ist die Gate-Source-Spannung positiv, der MOSFET sperrt, und die Bodydiode liegt in Sperrrichtung. Bei Eingangsspannungen über etwa 15\ \mathrm{V} begrenzt eine Z-Diode zwischen Gate und Source die Gate-Source-Spannung.

Rückstromschutz am Spannungsregler

An einstellbaren Linearreglern liegt oft eine Diode vom Ausgang zum Eingang (Anode am Ausgang). Im Betrieb ist der Eingang positiver, die Diode sperrt. Wird der Eingang kurzgeschlossen oder fällt er schneller ab als der Ausgang, würden sich die Kondensatoren am Ausgang rückwärts durch den Regler entladen und ihn zerstören. Die Diode leitet dann und führt diesen Strom am Regler vorbei. Mehr dazu im Artikel Linearregler.

Schritt 7: Eingangsschutz und Spannungsbegrenzung

Die Eingänge von Mikrocontrollern, Logik-ICs und Operationsverstärkern vertragen nur Spannungen zwischen etwa -0{,}3\ \mathrm{V} und U_\mathrm{DD} + 0{,}3\ \mathrm{V}. Signale von Sensoren, Tastern an langen Leitungen oder anderen Geräten können diese Grenzen überschreiten. Zwei Begrenzerdioden (Klemmdioden) und ein Reihenwiderstand schützen den Eingang:

• Steigt die Spannung am Eingang über U_\mathrm{DD} + U_\mathrm{F}, leitet D_1 und führt den Strom in die Versorgung ab. Die Eingangsspannung bleibt bei U_\mathrm{DD} + U_\mathrm{F}.

• Fällt sie unter -U_\mathrm{F}, leitet D_2 und führt den Strom von Masse zu. Die Eingangsspannung bleibt bei -U_\mathrm{F}.

• Der Reihenwiderstand R_\mathrm{S} begrenzt den Strom durch die leitende Diode: I \approx \dfrac{U_\mathrm{Signal} - (U_\mathrm{DD} + U_\mathrm{F})}{R_\mathrm{S}}.

Bei U_\mathrm{DD} = 5\ \mathrm{V} und Schottky-Dioden mit U_\mathrm{F} = 0{,}3\ \mathrm{V} liegt der Eingang also immer zwischen -0{,}3\ \mathrm{V} und 5{,}3\ \mathrm{V}. Viele ICs haben solche Dioden schon intern, sie vertragen aber nur wenige Milliampere. Externe Schottky-Dioden leiten wegen ihrer kleineren Durchlassspannung früher als die internen Si-Dioden und entlasten sie; Si-Dioden würden erst bei etwa U_\mathrm{DD} + 0{,}7\ \mathrm{V} begrenzen und den IC nicht zuverlässig schützen.

Achte darauf, wohin der abgeleitete Strom fließt: Er speist in die Versorgung U_\mathrm{DD} ein. Zieht die Schaltung gerade weniger Strom, als über D_1 zufließt, steigt U_\mathrm{DD} an. Deshalb wird R_\mathrm{S} so groß gewählt, dass der Fehlerstrom klein bleibt.

Statt zweier Klemmdioden kann eine Z-Diode vom Eingang nach Masse die Spannung begrenzen (siehe Z-Dioden); sie braucht keinen Rückweg in die Versorgung, begrenzt aber weniger scharf. Gegen kurze, sehr energiereiche Spannungsspitzen auf Versorgungs- und Signalleitungen (z. B. durch Schaltvorgänge oder Blitzeinwirkung) setzt man Suppressordioden (TVS-Dioden) ein.

Schritt 8: Entkopplung, Dioden-ODER und Pufferung

Weil eine Diode den Strom nur in eine Richtung durchlässt, kann sie Signale oder Quellen zusammenführen, ohne dass diese sich gegenseitig beeinflussen. Man spricht von Entkopplung.

Dioden-ODER: Mehrere Signale werden über je eine Diode (Anode am Signal) auf einen gemeinsamen Ausgang geführt, ein Widerstand zieht den Ausgang nach Masse. Liegt mindestens ein Eingang auf High, leitet seine Diode, und der Ausgang führt High (abzüglich U_\mathrm{F}). Die Dioden der anderen Eingänge sperren, sodass kein Strom in einen Low-Ausgang zurückfließt. Nur wenn alle Eingänge Low sind, zieht der Widerstand den Ausgang auf Low.

Dreht man alle Dioden um und ersetzt den Pull-down- durch einen Pull-up-Widerstand, entsteht ein Dioden-UND: Der Ausgang ist nur High, wenn alle Eingänge High sind. Ordnet man viele Dioden in Zeilen und Spalten an, entsteht eine Diodenmatrix, wie sie in Tastaturen gegen Fehlerkennung bei mehreren gedrückten Tasten oder als einfacher Codierer eingesetzt wird.

Pufferung: Ein Netzteil und eine Batterie versorgen über je eine Diode denselben Verbraucher, z. B. eine Echtzeituhr. Die Quelle mit der höheren Spannung übernimmt die Versorgung, die Diode der anderen Quelle sperrt. So lädt das Netzteil die Batterie nicht unkontrolliert, und die Batterie speist nicht ins abgeschaltete Netzteil zurück. Schottky-Dioden halten den Spannungsfall klein.

Signalanpassung: Eine Diode in Reihe mit einem Open-Collector- oder Komparatorausgang (Kathode zum Ausgang) lässt nur einen Pegel durch, sodass zum Beispiel ein 12-\mathrm{V}-Ausgang einen 3{,}3-\mathrm{V}-Eingang nur nach Low ziehen kann, während ein Pull-up-Widerstand an 3{,}3\ \mathrm{V} den High-Pegel festlegt.

Schritt 9: Kapazitätsdioden und Fotodioden

Kapazitätsdiode

In Sperrrichtung wirkt die Sperrschicht wie das Dielektrikum eines Kondensators. Steigt die Sperrspannung U_\mathrm{R}, wird die Sperrschicht breiter und die Kapazität kleiner. Kapazitätsdioden (Varicaps, Pro-Electron „BB…“) sind auf diesen Effekt optimiert und ersetzen in Schwingkreisen den Drehkondensator: Über eine Steuerspannung wird die Resonanzfrequenz abgestimmt.

Aus der Kennlinie liest Du die Kapazität bei der anliegenden Sperrspannung ab und setzt sie in die Thomson-Formel ein:

f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{L \cdot C}}

Mit der Kennlinie oben und einer Spule L = 47\ \mu\mathrm{H} ergibt sich bei U_\mathrm{R} = 6\ \mathrm{V} (C \approx 32\ \mathrm{pF}) eine Resonanzfrequenz von f_0 = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{47 \cdot 10^{-6}\ \mathrm{H} \cdot 32 \cdot 10^{-12}\ \mathrm{F}}} \approx 4{,}10\ \mathrm{MHz}. Steigt die Sperrspannung, sinkt C und die Frequenz steigt. Zwei Kapazitätsdioden sind nur dann austauschbar, wenn ihre Kennlinien im genutzten Spannungsbereich übereinstimmen – sonst verschiebt sich der Abstimmbereich. Wie Schwingkreise im Einzelnen arbeiten, beschreibt der Artikel Schwingkreise.

Fotodiode

Eine Fotodiode wird in Sperrrichtung betrieben. Fällt Licht auf die empfindliche Fläche, erzeugt es Ladungsträgerpaare in der Sperrschicht, und zum kleinen Dunkelstrom kommt ein Fotostrom hinzu, der proportional zur Beleuchtungsstärke ist. Das Datenblatt nennt den Fotostrom bei einer Bezugsbeleuchtung (z. B. 10\ \mu\mathrm{A} bei 1000\ \mathrm{lx}), den Dunkelstrom, die zulässige Sperrspannung und die Größe der empfindlichen Fläche (in \mathrm{mm}^2). Ein Widerstand in Reihe wandelt den Fotostrom in eine messbare Spannung um. Fotodioden sind schnell und eignen sich für Lichtschranken und Datenübertragung; mehr dazu im Artikel Optische Sensoren.

Schritt 10: Dioden in der Fehlersuche

In einem Stromlaufplan haben Dioden oft mehrere Aufgaben zugleich. Für Analyse und Fehlersuche hilft folgende Reihenfolge:

1. Funktion jeder Diode bestimmen: Gleichrichter, Verpolungsschutz, Freilauf, Begrenzer, Entkopplung, Rückstromschutz.

2. Für jede Diode klären, ob sie im betrachteten Betriebszustand leitet oder sperrt.

3. Leitende Dioden durch ihre Durchlassspannung ersetzen, sperrende als Unterbrechung betrachten und die Sollspannungen an den Messpunkten mit ohmschem Gesetz und kirchhoffschen Regeln berechnen.

4. Gemessene Werte mit den Sollwerten vergleichen und daraus den Fehler eingrenzen.

Wie geht es weiter?

Dioden sind die Grundlage vieler weiterer Bauelemente und Schaltungen:

• Aufgaben zu allen Schritten dieses Artikels: Übungsaufgaben zu Dioden

• Leuchtdioden und ihre Vorwiderstände: Leuchtdioden

• Spannungsstabilisierung mit Z-Dioden: Z-Dioden

• Ladekondensator, Brummspannung und Netzteilaufbau: Netzteil: Gleichrichtung und Glättung

• Dioden in Stromrichtern: Leistungselektronik

• Fotodioden in Lichtschranken: Optische Sensoren

Leitfragen

1. Woran erkennst Du Anode und Kathode, und wie verhält sich eine Diode in Durchlass- und Sperrrichtung? Antwort

Im Schaltzeichen zeigt das Dreieck in Durchlassrichtung, der Querstrich (am Bauteil der Ring) ist die Kathode. Ist die Anode positiver, leitet die Diode ab der Durchlassspannung (Si etwa 0,7 V); ist die Kathode positiver, fließt nur ein sehr kleiner Sperrstrom. siehe Abschnitt „Schritt 1: Aufbau, Schaltzeichen und Diodenarten“

2. Was unterscheidet den Gleichstromwiderstand vom differenziellen Widerstand einer Diode? Antwort

Der Gleichstromwiderstand ist U_\mathrm{F} : I_\mathrm{F} im Arbeitspunkt, der differenzielle Widerstand \Delta U_\mathrm{F} : \Delta I_\mathrm{F} beschreibt die Steigung der Kennlinie dort und ist viel kleiner. siehe Abschnitt „Schritt 2: Kennlinie, Widerstand und Arbeitspunkt“

3. Wie bestimmst Du den Arbeitspunkt einer Diode in Reihe mit einem Widerstand? Antwort

Arbeitsgerade vom Leerlaufpunkt (U_\mathrm{B}; 0) zum Kurzschlusspunkt (0; U_\mathrm{B} : R) in die Kennlinie einzeichnen; der Schnittpunkt ist der Arbeitspunkt. Näherungsweise rechnest Du mit I = (U_\mathrm{B} - U_\mathrm{F}) : R. siehe Abschnitt „Spannungen und Ströme mit der Arbeitsgerade bestimmen“

4. Nach welchen Datenblattwerten wählst Du eine Gleichrichterdiode aus, und was bedeutet „B 250 C 5000“? Antwort

Nach periodischer Spitzensperrspannung U_\mathrm{RRM} (mit Sicherheitszuschlag über dem Scheitelwert), Dauergrenzstrom I_\mathrm{F(AV)}, Stoßstrom I_\mathrm{FSM} und Durchlassspannung. „B 250 C 5000“ ist ein Brückengleichrichter für höchstens 250 V Anschlusswechselspannung und 5000 mA bei kapazitiver Last. siehe Abschnitt „Schritt 4: Gleichrichterdioden und Brückengleichrichter“

5. Warum braucht ein Relais an einem Schalttransistor eine Freilaufdiode, und was passiert, wenn sie verpolt ist? Antwort

Beim Abschalten erzeugt die Spule durch Selbstinduktion eine hohe Spannung, die den Transistor zerstören kann; die Freilaufdiode übernimmt den Spulenstrom. Verpolt leitet sie schon beim Einschalten, schließt die Spule kurz und wird mit dem Transistor überlastet. siehe Abschnitt „Schritt 5: Freilaufdioden an induktiven Lasten“

6. Wie wirken Reihendiode und Paralleldiode mit Feinsicherung als Verpolungsschutz, und wie geht es ohne Spannungsfall? Antwort

Die Reihendiode sperrt bei Verpolung, verursacht aber im Betrieb einen Spannungsfall. Die Paralleldiode leitet bei Verpolung und lässt die Sicherung auslösen. Ohne nennenswerten Spannungsfall arbeitet ein P-Kanal-MOSFET in der Plusleitung. siehe Abschnitt „Schritt 6: Verpolungs-, Überstrom- und Rückstromschutz“

7. Auf welche Spannungen begrenzen zwei Schottky-Klemmdioden einen Eingang, und warum nimmt man Schottky-Dioden? Antwort

Auf -U_\mathrm{F} bis U_\mathrm{DD} + U_\mathrm{F}, mit U_\mathrm{F} \approx 0{,}3\ \mathrm{V}. Schottky-Dioden leiten früher als die internen Si-Schutzdioden des ICs und entlasten sie. siehe Abschnitt „Schritt 7: Eingangsschutz und Spannungsbegrenzung“

8. Welche logische Funktion hat ein Dioden-ODER, und wozu dient Pufferung mit Dioden? Antwort

Der Ausgang ist High, sobald mindestens ein Eingang High ist (ODER). Bei der Pufferung versorgt die Quelle mit der höheren Spannung den Verbraucher, die Diode der anderen Quelle sperrt, sodass keine Quelle in die andere speist. siehe Abschnitt „Schritt 8: Entkopplung, Dioden-ODER und Pufferung“

9. Wie bestimmst Du die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises mit Kapazitätsdiode? Antwort

Die Kapazität bei der anliegenden Sperrspannung aus der Kennlinie ablesen und in f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} einsetzen. Steigt die Sperrspannung, sinkt C und f_0 steigt. siehe Abschnitt „Kapazitätsdiode“

Links und weitere Informationen

• als Nachschlagewerk: Wikipedia: Diode

• zum Vertiefen: Wikipedia: Schottky-Diode

• zur Freilaufdiode: Wikipedia: Freilaufdiode

• zur Typbezeichnung: Wikipedia: Pro Electron

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Hinweis zur Nachnutzung als Open Educational Resource (OER)

Dieser Artikel und seine Texte, Bilder, Grafiken, Code und sonstiger Inhalt sind - sofern nicht anders angegeben - lizenziert unter CC BY 4.0. Nennung gemäß TULLU-Regel bitte wie folgt: “Dioden: Kennlinie, Gleichrichter-, Schottky-, Schutz- und Freilaufdioden” von oer-informatik.de (H. Stein), Lizenz: CC BY 4.0. Der Artikel wurde unter https://oer-informatik.de/dioden veröffentlicht, die Quelltexte sind in weiterverarbeitbarer Form verfügbar im Repository unter https://gitlab.com/oer-informatik/elektrotechnik/bauelemente. Erstellt mit KI-Assistenz; von mir umfassend redaktionell überarbeitet, geprüft und freigegeben. Stand: 11.11.2026.

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