Schaltung Diode mit ohmscher Last
Im ersten Schritt betrachten wir die Diode mit Vorwiderstand bzw die Diode mit einer ohmschen Last. Da uns hier insbesondere das Schaltverhalten interessiert, wird die Spannungsquelle mit einem Umschaltvorgang realisiert. Zu Beginn liegen hier 5V an danach werden -5V angelegt. Sprich, zuerst befindet sich die Diode in Flussrichtung. Danach in Sperrrichtung.
Werte in dieser Simulation
Der Widerstand wird in dieser Simulation mit 47Ohm ausgeführt.
Bei der Diode ist es wichtig auch ein reales Model zu hinterlegen. (Sonst läuft die Diode ideal). Hier verwenden wir das Modell: 1N4148.
Simulation Diode mit ohmscher Last
Für den oben genannte Schaltungsaufbau wird nun die Simulation gestartet. Die Simulation wird mit einer Laufzeit von 11ms konfiguriert.
Zu sehen ist hier als erstes das Einschaltverhalten und dann das Ausschaltverhalten.
Interessant sind hier die Strom-Überschwinger.
Beim Einschaltvorgang ist der vergleichsweise kleine Strom-Überschwinger zu sehen.
Der Ausschaltvorgang zeigt im Vergleich einen großen Strom-Überschwinger.
Einschaltverhalten
Im ersten Schritt ist das Einschaltverhalten zu sehen.
Zu Beginn ist die Diode im Sperrbetrieb. Sie verhält sich also wie eine Unterbrechung / ein offener Schalter. Die Spannung ist daher betragsmäßig sehr hoch (-5V) der Strom ist sehr gering (~0A).
Nach dem Umschaltvorgang befindet sich die Diode im Flussbetrieb. Das Verhalten ist vergleichbar mit einem Kurzschluss / geschlossenem Schalter. Die Spannung ist vergleichsweise niedrig ~0,7V und der Strom ist vergleichsweise hoch ~80mA.
Zwischen beiden Zuständen kommt es zum Umschaltvorgang. Beim Einschaltvorgang ist dieser kürzer als beim Ausschaltvorgang.
Im Sperrzustand wirkt die Sperrschichtkapazität. Diese muss beim Umschalten abgebaut werden. Die Raumladungszone wird mit Ladungsträgern überschwemmt und es kommt zur Injektion.
Im Umschaltvorgang sieht die Spannung im ersten Moment (oben) unauffällig aus. Bei der Vergrößerung (unten) sieht man besser, wie das Verhalten der Spannung verläuft. Dabei steigt die Spannung langsam auf ihren Endwert und weißt ein kapazitives Verhalten auf.
Der Strom steigt sprungartig auf seinen Endwert. In der Simulation kommt es sogar zu einer leichten Stromspitze / Überschwingung (oben besser zu sehen). Diese sogenannte Umladungsspitze entsteht durch die Sperrschichtkapazität, da sich hierdurch die Diode im ersten Moment wie ein Kondensator verhält.
Würde die Anstiegszeit der Spannungsquelle in der Simulation etwas langsamer gewählt werden zB 1ms, dann würde die Sperrschichtkapazität langsam umgeladen werden und es würde auch nicht zur zu Umladungsspitze kommen.
Ausschaltverhalten
Danach ist das Ausschaltverhalten zu sehen. Hier ist in der Gesamtübersicht (oben) die große Stromspitze zu sehen.
Die Spannung sinkt zunächst langsam und ziemlich linear ab bis ca 0,6V.
Der Strom sinkt ebenfalls ab. Wie aus der Theorie bekannt, ist die Steilheit des Stromabfalls abhängig von der äußeren Beschaltung.
⇨ Theorie: Ausschaltverhalten der Diode
Ist die Sperrverzögerungsladung der Diode ausgeräumt, beginnt die Diode zu sperren.
Die Spannung ist nun unter ~0,6V.
Der Strom steigt an nähert sich den 0A bzw. dem Leckstrom an.
⇨ Leckstrom / Sperrstrom
Leistung
Die Leistung ergibt sich aus der Multiplikation von Strom und Spannung. In grün die Leistung dargestellt.
Beim Einschaltvorgang ist zu sehen, dass im Vergleich zur stationären Leistung nicht mehr Leistung anfällt.
Im Ausschaltvorgang ist die Leistungsspitze zu sehen. Das bedeutet, dass hier ein höherer Leistungsverbrauch stattfindet.
Diese Leistung ist aber natürlich abhängig von der äußeren Beschaltung der Diode.
Simulation Diode mit ohmsch-induktiver Last
Für den oben genannte Schaltungsaufbau wird die Simulation nun gestartet. Die Simulation wird auch hier mit einer Laufzeit von 11ms konfiguriert.
Einschaltverhalten
Beim Einschaltverhalten gibt es auch hier ein kleinen Überschwinger. Die Spannung verhält sich auch hier wie eine Kapazität.
Ausschaltverhalten
Das Ausschaltverhalten zeigt auch hier die Stromspitze nach unten. Die Spannung schwingt nach dem Einbruch auf den stationären Wert. Auch der Strom schwingt nach der Spitze.
Leistung
Die Leistung ergibt sich aus der Multiplikation von Strom und Spannung. In grün die Leistung dargestellt.