Vorwärts- und Rückwärtsvorspannung beziehen sich auf die beiden grundlegenden Betriebsbedingungen einer Halbleiterdiode, beispielsweise einer PN-Sperrschichtdiode. Bei Vorwärtsspannung ist die Diode so angeschlossen, dass der Pluspol der Spannungsquelle mit dem P-Typ-Material (Anode) und der Minuspol mit dem N-Typ-Material (Kathode) verbunden ist. Diese Konfiguration ermöglicht einen problemlosen Stromfluss durch die Diode, da die angelegte Spannung die Potentialbarriere zwischen den P- und N-Bereichen verringert und es den Mehrheitsträgern (Elektronen im N-Bereich und Löcher im P-Bereich) ermöglicht, sich über den Übergang zu bewegen.
Umgekehrt ist die Diode bei Sperrvorspannung mit dem positiven Anschluss der Spannungsquelle mit dem N-Typ-Material (Kathode) und dem negativen Anschluss mit dem P-Typ-Material (Anode) verbunden. Diese Anordnung erhöht die Potentialbarriere an der Verbindungsstelle und verhindert so, dass Mehrheitsträger die Verbindungsstelle leicht überqueren können. Dadurch fließt bei Sperrvorspannung nur ein kleiner Leckstrom (aufgrund von Minoritätsträgern) durch die Diode und die Diode wirkt als Isolator.
Eine Diode ist in Durchlassrichtung vorgespannt, wenn sie so vorgespannt ist, dass Strom problemlos durch sie fließen kann. Dies bedeutet, dass die Diode so angeschlossen ist, dass die an ihr angelegte Spannung die Breite der Verarmungsschicht verringert, sodass aufgrund der Bewegung der Mehrheitsträger Strom fließen kann.
Unter Vorspannung versteht man das Anlegen einer Gleichspannung, um einen bestimmten Betriebszustand für elektronische Komponenten wie Dioden und Transistoren herzustellen. Bei Dioden bestimmt die Vorspannung, ob die Diode in Vorwärtsrichtung (leitender Zustand) oder in Sperrrichtung (nicht leitender oder sperrender Zustand) arbeitet. Die richtige Vorspannung ist entscheidend, um sicherzustellen, dass elektronische Schaltkreise korrekt und effizient funktionieren.
Eine PN-Diode, oder einfach Diode, besteht aus einem PN-Übergang, der durch Dotieren von Halbleitermaterial mit P-Typ- (positiv geladenen) und N-Typ-Verunreinigungen (negativ geladen) gebildet wird. Dadurch entsteht ein Bereich, in dem sich Elektronen (Hauptträger beim N-Typ) und Löcher (Hauptträger beim P-Typ) vereinen und eine Verarmungszone oder einen Verarmungsbereich ohne bewegliche Ladungsträger bilden, wenn keine externe Spannung angelegt wird. Wenn eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung angelegt wird, leitet die Diode den Strom aufgrund der geringeren Breite der Verarmungsschicht problemlos, während eine Vorspannung in Sperrrichtung einen signifikanten Stromfluss mit Ausnahme eines kleinen Leckstroms verhindert.
