Diodengleichungsrechner

Der Diodengleichungsrechner hilft bei der Berechnung des Stromflusses durch eine Diode durch Anwendung der Shockley-Diodengleichung. Diese Gleichung ist wichtig für das Verständnis, wie sich Dioden unter verschiedenen Spannungen verhalten und wird häufig verwendet in Elektronik, Halbleiterphysik und Schaltungsdesign.

Mit diesem Rechner können Ingenieure, Studenten und Forscher das Verhalten einer Diode in einem Schaltkreis vorhersagen, die richtige Komponentenauswahl sicherstellen und Designs optimieren für Effizienz und Zuverlässigkeit. Der Rechner wendet die Diodengleichung berechnen Diodenstromunter Berücksichtigung von Faktoren wie Temperatur, Spannungsowie Materialeigenschaften.

Formel des Diodengleichungsrechners

Der Diodengleichung wird verwendet, um den durch eine Diode fließenden Strom zu berechnen:

Kennzahlen:

• I (Diodenstrom) ist der durch die Diode fließende Strom (in Ampere).
• I_s (Sättigungsstrom) ist der geringe Leckstrom, wenn die Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist. Dieser Wert ist normalerweise sehr klein (in Ampere).
• V_d (Diodenspannung) ist die angelegte Spannung an der Diode (in Volt).
• n (Idealitätsfaktor) ist eine Konstante, die typischerweise zwischen 1 und 2 zur Verfügung, abhängig vom Diodentyp. Für Siliziumdioden, n liegt typischerweise bei 1.
• V_t (Thermische Spannung) ist die thermische Spannung und wird durch die Formel angegeben:
  V_t = kT / q
  wo:
  • k ist die Boltzmann-Konstante (1.38 × 10⁻²³ J/K),
  • T ist die Temperatur in Kelvin (Raumtemperatur ist typischerweise 300k),
  • q ist die Ladung eines Elektrons (1.602 × 10⁻¹⁹ C).

At Raumtemperatur (300K), V_t ≈ 25.85 mV.

Mit dieser Gleichung können Sie berechnen, Diodenstrom (I) basierend auf der an der Diode angelegten Spannung, ihren Materialeigenschaften und der Temperatur.

Allgemeine Begriffe zur Berechnung der Diodengleichung

Nachfolgend finden Sie eine Tabelle mit Erläuterungen zu den in der Diodengleichung verwendeten allgemeinen Begriffen:

Bedingungen	Symbol	Definition
Diodenstrom	I	Der durch die Diode fließende Strom (in Ampere).
Sättigungsstrom	Ist	Der kleine Sperrleckstrom, wenn die Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist.
Diodenspannung	V_d	Die angelegte Spannung an der Diode (in Volt).
Idealitätsfaktor	n	Eine Konstante (normalerweise zwischen 1 und 2), die vom Diodenmaterial abhängt.
Thermische Spannung	V_t	Die temperaturabhängige Spannung beträgt bei Raumtemperatur (25.85 K) etwa 300 mV.
Boltzmann-Konstante	k	Eine Konstante, die bei der Berechnung der Thermospannung verwendet wird: 1.38 × 10⁻²³ J/K.
Elektronenladung	q	Die Ladung eines Elektrons: 1.602 × 10⁻¹⁹ C.

Diese Tabelle dient als Kurzreferenz zum Verständnis der in der Diodengleichung verwendeten Begriffe.

Beispiel für einen Diodengleichungsrechner

Beispiel 1: Berechnung des Diodenstroms bei Raumtemperatur

Berechnen wir den Strom durch eine Siliziumdiode mit folgenden Eigenschaften:

• Sättigungsstrom (I_s) = 10⁻¹² A
• Diodenspannung (V_d) = 0.7 V
• Idealitätsfaktor (n) = 1
• Temperatur (T) = 300 K

Bei Raumtemperatur, V_t ≈ 25.85 mV.

Mithilfe der Diodengleichung:

I = I_s × (e^(V_d / (n × V_t)) - 1)

Ersetzen Sie die Werte:

I = 10⁻¹² × (e^(0.7 / (1 × 25.85 × 10⁻³)) - 1)
I ≈ 10⁻¹² × (5.65 × 10¹¹ - 1) ≈ 0.565 A

Der Strom durch die Diode beträgt daher ca. 0.565 A.

Beispiel 2: Diodenstrom für LED-Diode

Für ein LED-Diode mit folgenden Eigenschaften:

• Sättigungsstrom (I_s) = 10⁻¹⁵ A
• Diodenspannung (V_d) = 2.0 V
• Idealitätsfaktor (n) = 1.2
• Temperatur (T) = 300 K

Die Berechnung würde auf die gleiche Weise ablaufen. Berechnen Sie zunächst V_t:

V_t ≈ 25.85 mV.

Berechnen Sie nun den Diodenstrom mithilfe der Diodengleichung:

I = 10⁻¹⁵ × (e^(2.0 / (1.2 × 25.85 × 10⁻³)) - 1)
I ≈ 10⁻¹⁵ × (1.02 × 10⁸ - 1) ≈ 0.102 A

Der Strom durch die LED-Diode etwa 0.102 A.

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