Shockley-Gleichung

Die Shockley-Gleichung, benannt nach William B. Shockley, beschreibt die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Halbleiterdiode.

Sie lautet nach Wagner:

Kennlinie einer 1N4001-Diode (gilt für 1N4001 bis 1N4007)

$I_\text{D} = I_\text{S} \, \left( e^\frac{U_\text{F}}{n \, U_\text{T}} - 1 \right)$

• Anoden-Kathoden-Spannung oder Flussspannung: $U_\text{F}$
• Strom durch die Diode: $I_\text{D}$
• Sättigungssperrstrom (kurz: Sperrstrom): $I_\text{S} \approx { 10^{-12} \dots 10^{-6}~\mathrm{A}}$
• Emissionskoeffizient: $n \approx 1 \dots 2$
• Temperaturspannung: $U_\text{T} = {{k \cdot T} \over q} \approx {26~\mathrm {mV}}$ bei Raumtemperatur (mit der absoluten Temperatur $T$, der Boltzmannkonstante $k$ und der Elementarladung $q$)

Die Gleichung gilt streng genommen nur für positive Spannungen $U_\text{F}$. Die e-Funktion wächst für positive $U_F$, die groß gegenüber $U_\text{T}$ sind stark an. Damit erhält man für die Shockley-Gleichung in guter Näherung:

$I_\text{D} \approx I_\text{S} \, \left( e^\frac{U_\text{F}}{U_\text{T}} \right)$

Die Shockley-Gleichung beschreibt das Großsignalverhalten, also die physikalisch messbaren Größen einer Diode. Im Kleinsignalverhalten approximiert man die Gleichung durch eine Taylorreihenentwicklung.