Schwellenspannung

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Die Schwellenspannung ist in der Elektronik 1) Die Spannung die an einer Diode anfällt, die in Durchlassrichtung betrieben wird. 2) Die Basis-Emitter-Spannung eines Bipolartransistors bzw. die Gate-Source-Spannung eines Feldeffekttransistors bei der im Verhältnis zum maximalen Kollektor- bzw. Drainstrom ein nennenswerter Strom fließt.

Andere Bezeichnungen sind: Schleusenspannung, Durchlassspannung, Vorwärtsspannung, und Kniespannung sowie selten: Knickspannung.

Mögliche Bezugsgrößen für die Schwellenspannung:

  • Bei Messgeräten mit eingebautem Diodentester wird oft ein Strom von 1mA als Meßstrom verwendet. Dies entspricht normalerweise dem 1-kΩ-Messbereich im Widerstandsmessbereich des Messgerätes.
  • Die Spannung, die im Kennlinien-Diagramm abgelesen werden kann, wenn der scheinbar geradlinige Teil bis zur x-Achse verlängert wird.
  • Bei selbstsperrenden Feldeffekttransistoren (sogenannter Typ "e") wird die Thresholdspannung als Bezugspunkt herangezogen.

Beschreibung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Strom-Spannungs-Kennlinie einer Siliziumdiode mit einer Schwellenspannung UF von ca. 0,7 V

Die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Sperrschicht hat jedoch keinen Kennlinienknick oder eine natürliche Schwellspannung, dies ist vielmehr ein Missverständnis, das durch den groben Maßstab bei der Darstellung der Kennlinie entsteht. Vielmehr ist die Kennlinie eine Exponentialfunktion und der differentielle Innenwiderstand wird zum Koordinatenursprung hin immer höher.

Die solcherart bestimmten Schwellenspannungen von Germanium-Signal-Dioden und von Schottky-Dioden beginnen typisch bei 0,3 V, die von Silizium-Dioden bei typisch 0,6–0,7 V. Zum Beispiel wird ein Brückengleichrichter aus Siliziumdioden an einer Versorgungsspannung von 5 Veff unter Belastung nur eine Ausgangsspannung von ca. 3,6 VDC zur Verfügung stellen, weil stets zwei Dioden durchflossen werden.

Die Shockley-Gleichung beschreibt den Stromfluss durch die Diode im Durchlassbereich und ist der Spezialfall einer Arrhenius-Gleichung:

  • Sättigungssperrstrom (kurz:Sperrstrom):
  • Emissionskoeffizient:
  • Temperaturspannung: mit kBoltzmann-Konstante, Tabsolute Temperatur, qElementarladung; bei Raumtemperatur.

Abweichend wird der Begriff Durchlassspannung in der Technik üblicherweise für den Spannungsabfall an einer Diode oder ähnlichem Bauteil unter Betriebsbedingung verwendet. Ist beispielsweise ein Gleichrichter für ein Ampere zugelassen, so gibt der Hersteller die Spannung für diesen Strom und vorgegebener Umgebungstemperatur an.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Simon M. Sze, Kwok K. Ng: Physics of Semiconductor Devices. 3. Auflage. John Wiley & Sons, 2006, ISBN 978-0-471-14323-9.
  • Ulrich Tietze, Christoph Schenk, Eberhard Gamm: Halbleiter-Schaltungstechnik. 11., völlig neu bearb. und erw. Auflage. Springer, Berlin/Heidelberg 1999, ISBN 3-540-64192-0.