Strombegrenzerdiode

Schaltzeichen (links) und Innenschaltung (rechts) einer Stromregeldiode. Anode und Kathode sind mit „a“ und „c“ gekennzeichnet.

Eine Stromregeldiode (engl. current regulation diode, CRD) oder Strombegrenzerdiode (engl. current limiting diode, CLD)^[1] ist ein Halbleiterbauelement, das in einer Richtung ab einer bestimmten Spannung einen konstanten Strom führt und stabilisiert (Konstantstromquelle).

Stromregeldioden sind vom Aufbau her keine Dioden sondern Feldeffekttransistoren, genauer gesagt JFETs. Da diese Bauteile nur zwei Anschlüsse besitzen und nur in eine Richtung den Strom begrenzen, werden sie trotzdem als „Dioden“ bezeichnet.

Wirkungsweise

Temperaturabhänggige Eingangskennlinie eines n-Kanal-JFET (Schema)

Die Funktion wird hier am Beispiel eines n-Kanal-JFET beschrieben: Ein n-Kanal-JFET leitet bei kleiner negativer Spannung U_GS zwischen Source und Gate, also hier bei geringer Spannung am Widerstand R_S. Wenn man hingegen annimmt, dass der Strom durch den Widerstand zu hoch wäre, würde sich eine stärker negative Spannung U_GS ergeben und daher der JFET die Leitfähigkeit zwischen Drain und Source verringern. Bei zu geringem Strom ist es genau umgekehrt, der JFET würde die Leitfähigkeit erhöhen. Dadurch ergibt sich ein stabiler Arbeitspunkt, also ein stabiler Strom. Eine andere Betrachtungsweise sieht den JFET als rückgekoppelten Source-Folger. Begrenzt wird der Strom durch den JFET-Kanal, dies ist im Ausgangskennlinienfeld ersichtlich (Erklärung siehe JFET).

Die Temperaturabhängigkeit des Stroms kann minimiert werden: Aus der Eingangskennlinie (siehe Abbildung) ist erkennbar, dass bei U_GS= 0 ein Strom I_DSS fließt, dieser ist jedoch stark temperaturabhängig. Dies gilt auch für andere Arbeitspunkte; bei R_S(-TK) als Beispiel mit „I_D-Änderung“ eingezeichnet. Es gibt jedoch einen Arbeitspunkt, bei dem die Temperaturabhängigkeit minimal ist, es ist der Schnittpunkt der Kennlinien. Durch geeignete Wahl von R_S(TK=0) kann dieser Arbeitspunkt eingestellt werden. Der resultierende Strom I_D ist damit zwar von der Temperatur weitgehend unabhängig, aber trotzdem exemplarabhängig, schwankt also von Bauteil zu Bauteil. Hersteller von Stromregeldioden selektieren die Bauteile daher in der Fertigung, um den Kunden möglichst enge Toleranzen anbieten zu können.

Eigenschaften

Stromregeldioden haben eine „Kniespannung“ von zirka einem bis einigen Volt. Oberhalb dieser Spannung wird der spezifizierte Strom etwa konstant gehalten (vgl. Konstantstromquelle), darunter wird dieser Strom nicht erreicht. Das Bauelement verhält sich bei kleinen Spannungen ähnlich wie ein ohmscher Widerstand. In Rückwärtsrichtung (wenn die Kathode positiver als die Anode ist) leiten Stromregeldioden, ähnlich wie eine normale Halbleiterdiode in Vorwärtsrichtung. Im Gegensatz zur Zenerdiode wird also bei der Stromregeldiode der im Normalbetrieb positive Anschluss als Anode bezeichnet.

Stromregeldioden eignen sich nicht für Präzisionsanwendungen, weil die Exemplarstreuungen (Unterschied im Strom zwischen verschiedenen Bauteilen desselben Typs) relativ groß sind (±30 %); der Strom hängt auch relativ stark von der Temperatur ab (bis ca. 1 %/K). Stromregeldioden werden für Ströme von ca. 0,05 bis 15 mA und maximale Betriebsspannungen bis zu 100 V hergestellt. Bekannte Typen sind 1N5283 bis 1N5314, J503 oder J511.

Siehe auch

• Stromquelle
• Stromspiegel

Einzelnachweise

1. ↑ Low Power Discretes Data Book. Siliconix Inc., 1989