Arbeitspunkt einer Diode bestimmen

Die Bestimmung vom Arbeitspunkt einer Diode erfolgt in der Physik

Die Berechnung vom Arbeitspunkt der Diode stammt aus dem Bereich der Physik. Die Aufgaben werden jedoch nur im Abitur oder an den Universitäten berechnet, da sie anspruchsvoll sind.

• Wenn Sie diese Berechnungen anwenden, benötigen Sie eventuell, abhängig von der Ausrichtung der Aufgabe, den mathrm-Befehl. Dieser sorgt dafür, dass die Schrift bei einer Berechnung vom Kursiven in eine aufrechte Schrift verwandelt wird. Dabei gibt es weder Leerzeichen noch Umlaute noch das ß in der Darstellung.
• Auch der sogenannte frac, der dafür sorgt, dass ein Wert auf den Nachkommawert abgebildet wird, kann in der Berechnung Verwendung finden. 
• Sie können den Arbeitspunkt einer Halbleiterdiode ebenso bestimmen wie die Sperrrichtung. Die gestellten Aufgaben können ganz unterschiedlich gelagert sein. Oftmals müssen Sie die Berechnung durch eine Zeichnung unterstützen.
• Wird ein Schalter verwendet, kann der Arbeitspunkt an der Kennlinie wechseln. Dies macht die Aufgaben sehr komplex. Sie sollten sich die Berechnung zunächst an einem einfachen Beispiel verdeutlichen, um die Grundlagen parat zu haben. Dann lassen sich auch komplexe Aufgaben gut lösen.

Sie nutzen zwei Gleichungen

Um den Arbeitspunkt einer Diode zu bestimmen, benutzen Sie mehrere Formeln. Grund dafür ist, dass es in der Rechnung in der Regel zwei Unbekannte gibt, die Sie berechnen müssen. Die beiden Unbekannten, die Sie suchen, haben die Bezeichnung I und UD.

1. Nutzen Sie zum Ausrechnen der Gleichung den Maschensatz: U0 = I*R + UD. Bei dieser Gleichung ist es vorteilhaft, wenn Sie sie grafisch darstellen. Die Notwendigkeit ergibt sich daraus, dass die zweite Gleichung durch die Kennlinie der Dioden gegeben ist. Es handelt sich jedoch nicht um eine sogenannte geschlossene Gleichung, sondern sie liegt nur in einer grafischen Darstellung vor. 
2. Zeichnen Sie folgende Gleichung in ein Koordinatensystem: I = -UD/R + U0/R. Dabei handelt es sich um eine Gerade, die eine Steigung mit dem Wert -1/R besitzt. Die Gerade schneidet die sogenannte Ordinate, diese wird auch als I-Achse bezeichnet. Der Wert ist U0/R. Beide Geraden schneiden die Kennlinie der Dioden. Auf diese Weise können Sie die Unbekannten ermitteln, die Sie für die Gleichung benötigen. So bekommen Sie die Werte I und UD. Wichtig ist, dass beide Gleichungen erfüllt sind. In der grafischen Darstellung beider Gleichungen sind diese in ihrem Schnittpunkt erfüllt.
3. In der weiteren Erfüllung der Aufgabe müssen Sie die Sperrschicht berücksichtigen. Der Strom ist vorgegeben, die Spannung findet dabei jedoch keine Berücksichtigung. Sie bezeichnen diesen vorgegebenen Strom auch als Sperrstrom. Die Spannung muss jedoch zwingend unter der Durchbruchsspannung liegen. Grund dafür ist, dass Sie keine Zener-Halbleiterdiode verwenden.
4. Nutzen Sie nun den Maschensatz und setzen Sie die Sperrschicht, die immer negativ ist, und die Spannung U0, die ebenfalls negativ ist, in die Gleichung ein. Auf diese Weise können Sie den Arbeitspunkt einer Diode bestimmen.

Sie können verschiedene Temperaturen berücksichtigen, wenn Sie die Berechnungen durchführen. Diese beeinflussen die Spannung, die von der Diode abfällt.