Eine PN-Übergangsdiode kann als Schalter fungieren, indem sie ihre Vorwärts- und Rückwärtsvorspannungseigenschaften ausnutzt. Wenn die Diode in Vorwärtsrichtung so angeschlossen ist, dass der positive Anschluss der Spannungsquelle an das Material vom P-Typ und der negative Anschluss an das Material vom N-Typ angelegt wird, ermöglicht die Diode einen problemlosen Stromfluss (sie leitet). Dies ähnelt dem Schließen eines Schalters, da die an der Diode angelegte Spannung die eingebaute Potentialbarriere überwindet und den Strom mit minimalem Widerstand passieren lässt. Dieser Zustand der Vorwärtsspannung schaltet die Diode effektiv als leitenden Schalter ein.
Umgekehrt leitet die Diode bei umgekehrter Vorspannung keinen Strom (sie fungiert als offener Schalter), wenn die Diode mit dem positiven Anschluss der Spannungsquelle an das N-Typ-Material und den negativen Anschluss an das P-Typ-Material angeschlossen ist. . Dies liegt daran, dass die Sperrvorspannung die Breite des Verarmungsbereichs innerhalb des PN-Übergangs vergrößert, was den Stromfluss erschwert. Dadurch bleibt die Diode gesperrt und verhält sich wie ein offener Schalter.
Dioden sind wesentliche Komponenten in Gleichrichterschaltungen, die Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umwandeln. Es gibt zwei Haupttypen von Gleichrichtern: Einweggleichrichter und Vollweggleichrichter.
Ein Einweggleichrichter verwendet eine PN-Übergangsdiode, um den Strom nur während einer Hälfte des Wechselstromzyklus zu leiten. Während der positiven Halbwelle der AC-Eingangsspannung ist die Diode in Durchlassrichtung vorgespannt und leitet Strom, sodass dieser zum Lastwiderstand durchfließen kann. Während der negativen Halbwelle ist die Diode in Sperrichtung vorgespannt und blockiert den Stromfluss. Dies führt zu einer Ausgangswellenform, die halbwellengleichgerichtet ist, was bedeutet, dass nur die positiven Halbwellen der Eingangs-Wechselstromwellenform erhalten bleiben.
Ein Vollweggleichrichter hingegen verwendet entweder zwei Dioden (in einer Konfiguration wie einem Mittenabgriff oder einem Brückengleichrichter), um beide Hälften der AC-Eingangswellenform gleichzurichten. In einem Brückengleichrichter bilden beispielsweise vier Dioden eine Brückenkonfiguration, die den Stromfluss durch den Lastwiderstand während beider Hälften des Wechselstromzyklus ermöglicht, was zu einer Wellenform führt, die vollständig gleichgerichtet ist (alle negativen und positiven Halbzyklen werden umgewandelt). positiv).
Eine ideale Diode fungiert als Schalter, sodass sie den Strom ohne Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung leitet und den Strom in Sperrrichtung ohne Leckage vollständig blockiert. In der Praxis ist keine Diode völlig ideal, aber in der Schaltungsanalyse werden ideale Diodenmodelle verwendet, um Berechnungen zu vereinfachen und das grundlegende Schaltverhalten zu verstehen, ohne Diodenspannungsabfälle oder Sperrleckströme zu berücksichtigen.
Zusammenfassend fungiert eine PN-Übergangsdiode als Schalter, indem sie ihre Fähigkeit nutzt, Strom in Vorwärtsrichtung zu leiten (geschlossener Schalter) und Strom in Rückwärtsrichtung zu sperren (offener Schalter). Diese Eigenschaft ist in Gleichrichterschaltungen von entscheidender Bedeutung, in denen Dioden zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom verwendet werden, indem die Eingangswellenform je nach Schaltungskonfiguration entweder teilweise (Einweggleichrichtung) oder vollständig (Vollweggleichrichtung) gleichgerichtet wird.
