Die Funktionsweise der Diode Polarität
Die Fähigkeit, die Polarität (Kathode versus Anode) und die grundlegende Funktionalität einer Diode zu bestimmen, ist eine sehr wichtige Fähigkeit für den Elektronik-Bastler oder Techniker zu haben. Da wir wissen, dass eine Diode im Wesentlichen nichts anderes als ein Einwegventil für Elektrizität ist, macht es Sinn, dass wir in der Lage sein sollten, ihre Einweg-Natur mit einem DC (batteriebetriebenen) Ohmmeter wie in der Abbildung unten zu überprüfen. In einer Richtung über die Diode angeschlossen, sollte das Messgerät einen sehr niedrigen Widerstand bei (a) anzeigen. In die andere Richtung über die Diode angeschlossen, sollte es einen sehr hohen Widerstand bei (b) anzeigen („OL“ bei einigen digitalen Messgerätmodellen).
Bestimmung der Diodenpolarität: (a) Niedriger Widerstand zeigt Vorwärtspolarität an, schwarze Leitung ist Kathode und rote Leitung Anode (für die meisten Messgeräte) (b) Umkehrung der Leitungen zeigt hohen Widerstand an, was auf Sperrpolarität hinweist.
Bestimmung der Diodenpolarität?
Benutzung eines Multimeters
Um zu bestimmen, welches Ende der Diode die Kathode und welches die Anode ist, müssen Sie natürlich mit Sicherheit wissen, welche Messleitung des Messgeräts positiv (+) und welche negativ (-) ist, wenn Sie die Funktion „Widerstand“ oder „Ω“ einstellen. Bei den meisten Digitalmultimetern, die ich gesehen habe, wird die rote Messleitung positiv und die schwarze Messleitung negativ, wenn sie auf die Widerstandsmessung eingestellt ist, in Übereinstimmung mit der Standard-Elektronik-Farbcodierungskonvention. Dies ist jedoch nicht bei allen Messgeräten gewährleistet. Bei vielen analogen Multimetern zum Beispiel wird die schwarze Leitung positiv (+) und die rote Leitung negativ (-), wenn sie auf die Funktion „Widerstand“ umgeschaltet werden, weil es einfacher ist, sie so herzustellen!
Probleme beim Testen von Dioden mit einem Ohmmeter
Ein Problem bei der Verwendung eines Ohmmeters zur Überprüfung einer Diode ist, dass die erhaltenen Messwerte nur einen qualitativen Wert haben, nicht einen quantitativen. Mit anderen Worten, ein Ohmmeter sagt Ihnen nur, in welche Richtung die Diode leitet; die niederwertige Widerstandsanzeige, die man erhält, während sie leitet, ist nutzlos.
Wenn ein Ohmmeter einen Wert von „1,73 Ohm“ anzeigt, während eine Diode in Durchlassrichtung betrieben wird, stellt dieser Wert von 1,73 Ω keine reale Größe dar, die für uns als Techniker oder Schaltungsentwickler nützlich ist. Sie repräsentiert weder den Spannungsabfall in Durchlassrichtung noch einen „Volumen“-Widerstand im Halbleitermaterial der Diode selbst, sondern ist vielmehr eine Zahl, die von beiden Größen abhängt und je nach dem für die Messung verwendeten Ohmmeter erheblich variiert.
Diodenprüfung in Digitalmultimetern
Aus diesem Grund statten einige Hersteller von Digitalmultimetern ihre Messgeräte mit einer speziellen „Diodenprüfungsfunktion“ aus, die den tatsächlichen Durchlassspannungsabfall der Diode in Volt anstelle eines „Widerstands“ in Ohm anzeigt. Diese Messgeräte arbeiten, indem sie einen kleinen Strom durch die Diode leiten und den Spannungsabfall zwischen den beiden Messleitungen messen. (Abbildung unten)
Messgerät mit einer „Diodenprüfungs“-Funktion zeigt den Durchlassspannungsabfall von 0,548 Volt anstelle eines niedrigen Widerstands an.
Die mit einem solchen Messgerät angezeigte Vorwärtsspannung wird typischerweise kleiner sein als der „normale“ Spannungsabfall von 0,7 Volt für Silizium und 0,3 Volt für Germanium, da der vom Messgerät gelieferte Strom von trivialer Größe ist.
Alternativen zur Diodenprüfungsfunktion Wenn kein Multimeter mit Diodenprüfungsfunktion zur Verfügung steht oder Sie den Durchlassspannungsabfall einer Diode bei einem nicht-trivialen Strom messen möchten, kann die Schaltung der folgenden Abbildung mit einer Batterie, einem Widerstand und einem Voltmeter aufgebaut werden.
Messung der Durchlassspannung einer Diode ohne „Diodenprüf“-Messfunktion: (a) Schematische Darstellung. (b) Bildliche Darstellung.
Schließt man die Diode rückwärts an diese Prüfschaltung an, zeigt das Voltmeter einfach die volle Spannung der Batterie an.
Wenn diese Schaltung so ausgelegt wäre, dass sie trotz Änderungen des Vorwärts-Spannungsabfalls einen konstanten oder nahezu konstanten Strom durch die Diode liefert, könnte sie als Basis für ein Temperaturmessgerät verwendet werden, denn die über der Diode gemessene Spannung ist umgekehrt proportional zur Temperatur des Diodenübergangs. Natürlich sollte der Diodenstrom so gering wie möglich gehalten werden, um eine Selbsterhitzung (die Diode gibt erhebliche Mengen an Wärmeenergie ab) zu vermeiden, die die Temperaturmessung stören würde.
Berücksichtigungen bei Multimetern
Bitte beachten Sie, dass einige Digitalmultimeter, die mit einer „Diodenprüfungs“-Funktion ausgestattet sind, eine sehr niedrige Prüfspannung ausgeben können (weniger als 0.3 Volt) ausgeben können, wenn sie auf die reguläre Funktion „Widerstand“ (Ω) eingestellt sind: zu niedrig, um den Verarmungsbereich eines PN-Übergangs vollständig zu kollabieren.
Die Philosophie hier ist, dass die Funktion „Diodenprüfung“ zum Testen von Halbleiterbauelementen und die Funktion „Widerstand“ für alles andere verwendet werden soll. Durch die Verwendung einer sehr niedrigen Prüfspannung für die Widerstandsmessung ist es für einen Techniker einfacher, den Widerstand von Nicht-Halbleiter-Bauteilen zu messen, die an Halbleiter-Bauteile angeschlossen sind, da die Halbleiter-Bauteil-Übergänge bei so niedrigen Spannungen nicht in Durchlassrichtung vorgespannt werden.
Beispiel
Betrachten Sie das Beispiel eines Widerstands und einer Diode, die parallel geschaltet und auf einer Leiterplatte (PCB) verlötet sind. Normalerweise müsste man den Widerstand aus der Schaltung auslöten (von allen anderen Bauteilen trennen), bevor man seinen Widerstand misst, da sonst alle parallel geschalteten Bauteile den Messwert beeinflussen würden. Bei Verwendung eines Multimeters, das im Funktionsmodus „Widerstand“ eine sehr niedrige Prüfspannung an die Messfühler ausgibt, wird dem PN-Übergang der Diode nicht genug Spannung aufgeprägt, um in Durchlassrichtung vorgespannt zu werden, und es fließt nur ein vernachlässigbarer Strom. Folglich „sieht“ das Messgerät die Diode als offen (kein Durchgang) und registriert nur den Widerstand des Widerstands. (Abbildung unten)
Das mit einer niedrigen Prüfspannung (<0.7 V) sieht keine Dioden, so dass es parallele Widerstände messen kann.
Wenn ein solches Ohmmeter zum Testen einer Diode verwendet würde, würde es einen sehr hohen Widerstand (viele Mega-Ohm) anzeigen, selbst wenn es in der „richtigen“ (vorwärtsgerichteten) Richtung an die Diode angeschlossen wäre. (Abbildung unten)
Messgerät mit einer niedrigen Prüfspannung, die zu niedrig ist, um Dioden in Durchlassrichtung vorzuspannen, zeigt keine Dioden an.
Die Gegenspannungsfestigkeit einer Diode lässt sich nicht so einfach prüfen, da das Überschreiten der PIV einer normalen Diode in der Regel zur Zerstörung der Diode führt. Es gibt jedoch spezielle Diodentypen, die so konstruiert sind, dass sie in Sperrspannung „durchbrechen“, ohne Schaden zu nehmen (sogenannte Zenerdioden), und die mit der gleichen Spannungsquelle/Widerstand/Voltmeter-Schaltung getestet werden können, vorausgesetzt, die Spannungsquelle ist hoch genug, um die Diode in ihren Durchbruchbereich zu zwingen. Mehr zu diesem Thema in einem späteren Abschnitt dieses Kapitels.
PRÜFUNG:
- Zur qualitativen Überprüfung der Diodenfunktion kann ein Ohmmeter verwendet werden. Es sollte ein niedriger Widerstand in die eine Richtung und ein sehr hoher Widerstand in die andere Richtung gemessen werden. Wenn Sie ein Ohmmeter für diesen Zweck verwenden, stellen Sie sicher, dass Sie wissen, welche Messleitung positiv und welche negativ ist! Die tatsächliche Polarität entspricht je nach Ausführung des Messgeräts nicht unbedingt den Farben der Messleitungen.
- Einige Multimeter verfügen über eine „Diodenprüfungsfunktion“, die die tatsächliche Durchlassspannung der Diode anzeigt, wenn diese Strom führt. Solche Messgeräte zeigen typischerweise eine etwas niedrigere Vorwärtsspannung an, als die „nominale“ für eine Diode, aufgrund der sehr geringen Strommenge, die während der Prüfung verwendet wird.
VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:
- Basic Oscilloscope Operation Worksheet