Was ist eine ideale Diode?
Was ist eine ideale Diode?
Definition der idealen Diode
Eine ideale Diode wird definiert als eine perfekte Diode ohne jegliche Mängel, die sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung ideal arbeitet. In der Regel arbeitet eine Diode entweder in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung. Wir können die Eigenschaften einer idealen Diode in diesen beiden Modi separat analysieren.
Eigenschaften der idealen Diode bei Vorwärtsrichtung
Nullwiderstand
In Vorwärtsrichtung bietet eine ideale Diode keinen Widerstand für den Stromfluss und ist somit ein perfekter Leiter. Dies bedeutet, dass die ideale Diode kein Barrierenpotential hat. Dies stellt die Frage, ob eine ideale Diode eine Depletionsschicht hat, da der Widerstand von unbeweglichen Ladungen in der Depletionsschicht stammt.
Unendlicher Strom
Aufgrund des Nullwiderstands kann eine ideale Diode in Vorwärtsrichtung gemäß Ohms Gesetz unendlich viel Strom fließen lassen.
Unendliche Strommenge
Diese Eigenschaft ergibt sich aus dem Nullwiderstand der idealen Diode in Vorwärtsrichtung. Gemäß Ohms Gesetz (I = V/R) wird der Strom (I) unendlich (∞), wenn der Widerstand (R) null ist. Daher kann eine ideale Diode in Vorwärtsrichtung theoretisch unbegrenzt viel Strom durch sich hindurch fließen lassen.
Nullschwellenspannung
Diese Eigenschaft ergibt sich ebenfalls aus dem Nullwiderstand der idealen Diode. Die Schwellenspannung ist die Mindestspannung, die benötigt wird, um das Barrierenpotential zu überwinden und die Leitung zu beginnen. Wenn eine ideale Diode keine Depletionsschicht hat, gibt es keine Schwellenspannung. Dies ermöglicht es der idealen Diode, sofort zu leiten, sobald sie vorgespannt wird, wie in der grünen Kurve in Abbildung 1 gezeigt.
Eigenschaften der idealen Diode bei Rückwärtsrichtung
Unendlicher Widerstand
In Rückwärtsrichtung soll eine ideale Diode den Stromfluss vollständig blockieren. Das bedeutet, dass sie sich wie ein perfekter Isolator verhält, wenn sie rückwärts vorgespannt ist.
Null-Rücklaufstrom
Diese Eigenschaft der idealen Diode kann direkt aus ihrer vorherigen Eigenschaft abgeleitet werden, die besagt, dass ideale Dioden im Rückwärtsvorspannmodus unendlichen Widerstand haben. Der Grund lässt sich durch die erneute Betrachtung des Ohmschen Gesetzes verstehen, das jetzt die Form annimmt (wie in der roten Kurve in Abbildung 1 dargestellt). Dies bedeutet, dass kein Strom durch die ideale Diode fließt, wenn sie rückwärts vorgespannt ist, unabhängig davon, wie hoch die angewandte Rückspannung ist.
Keine Rückzersetzungsspannung
Die Rückzersetzungsspannung ist die Spannung, bei der die rückwärts vorgespannte Diode versagt und einen hohen Strom leitet. Aus den letzten beiden Eigenschaften der idealen Diode kann man schließen, dass sie unendlichen Widerstand bietet, der den Stromfluss vollständig unterbindet. Diese Aussage gilt unabhängig von der Größe der angewandten Rückspannung. Da diese Bedingung erfüllt ist, kann das Phänomen der Rückzersetzung niemals eintreten, wodurch es keine Frage nach der entsprechenden Spannung, der Rückzersetzungsspannung, gibt. Aufgrund all dieser Eigenschaften verhält sich eine ideale Diode als perfekter Halbleiter-Schalter, der offen ist, wenn er rückwärts vorgespannt ist, und geschlossen, wenn er in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist.
Nun, lass uns der Realität ins Auge blicken. Praktisch gibt es keine sogenannte ideale Diode. Was bedeutet das? Wenn es so etwas nicht gibt, warum müssen wir dann darüber wissen oder lernen? Ist es nicht nur Zeitverschwendung? Nein, eigentlich nicht.
Der Grund ist: Die Konzeptualisierung von Idealformen macht Dinge besser. Diese Regel gilt für alles, ich meine, nicht nur für technische Dinge. Wenn es um die ideale Diode geht, zeigt sich die Wahrheit in der Leichtigkeit, mit der ein Designer oder Debugger (oder jeder andere, sagen wir, sogar ein Student oder ein Laien) eine bestimmte Schaltung oder ein Design insgesamt modellieren, debuggen oder analysieren kann.
Praktische Bedeutung
Das Verständnis des Konzepts der idealen Diode hilft beim Modellieren, Debuggen und Analysieren von Schaltungen, auch wenn ideale Dioden in der Realität nicht existieren.
