Kupferoxydul-Gleichrichter

Ein Kupferoxydul-Gleichrichter ist ein veralteter, heute nicht mehr verwendeter Gleichrichter auf der Basis des halbleitenden Kupfer(I)-oxids (Trivialname: Kupferoxydul). Zur Abgrenzung zu den damals auch verwendeten, auf Elektrolyten basierenden Elektrolytgleichrichtern, war auch der Überbegriff Trockengleichrichter üblich. Sie zählen zu den ersten industriell genutzten Halbleiterbauelementen.

Geschichte

Kupferoxydul-Gleichrichter wurden seit etwa 1925 großtechnisch hergestellt. Sie sind bei Leistungsanwendungen bald durch die Selen-Gleichrichter, später durch die Germanium- und die auf Siliziumdioden basierenden Gleichrichter abgelöst worden. Kupferoxydul-Gleichrichter wurden noch bis in die 1950er Jahre in Messgleichrichtern verwendet, sie haben heute keinen Anwendungsbereich mehr.

Der Begriff Diode ist für Kupferoxydul-Gleichrichter unüblich, obwohl sie vom Aufbau her ähnlich sind und identische Wirkungsprinzipien wie einen Metall-Halbleiter-Übergang zur Gleichrichtung verwenden. Damals wurde allerdings unter dem Begriff Diode primär die Röhrendiode, eine spezielle Elektronenröhre, verstanden.

Aufbau

Aufbau

Ein einzelnes Kupferoxydul-Element besteht aus einer einseitig mit Kupfer(I)-oxid beschichteten Kupferscheibe, die je nach Strombelastbarkeit einen Durchmesser von einem bis etwa 40 mm hat. Mehrere solcher Platten sind durch Stapeln, mittels Kontaktfedern oder zwischengelegte Blei- oder Zinkscheiben in Reihe oder zu Brückengleichrichtern zusammengeschaltet. Eine Reihenschaltung war aufgrund der nur wenige Volt betragenden Sperrspannung bereits bei gleichzurichtenden Spannungen ab etwa 10 Volt erforderlich.

Verwendung

Einer der Vorteile des Kupferoxydul-Gleichrichters ist die niedrige Schleusen- bzw. Flussspannung von 0,2…0,35 V, abhängig von der Herstellungstechnologie bzw. der konkreten Art des Materials ^[1]. Aus diesem Grund wurden sie noch bis Mitte des 20. Jahrhunderts als Messgleichrichter zur Wechselspannungs- und insbesondere zur Wechselstrom-Messung mittels Drehspulmesswerken eingesetzt ^[2]. Hierbei war auch ihre gegenüber den bereits in den 1950 Jahren verfügbaren Germaniumdioden hohe Überlastbarkeit entscheidend. In den Folgejahren wurden Kupferoxydul-Gleichrichter durch die meist auf Silizium basierenden Schottky-Dioden verdrängt.

Der Innenwiderstand in Flussrichtung eines Kupferoxydul-Elementes beträgt zwischen 3 Ω und 30 Ω bei typischen Stromdichten um 100 mA/cm², so dass für größere Ströme großflächige Elemente notwendig waren. Die kleine Sperrspannung machte kaskadierte Anordnungen erforderlich. So verwendete man für höhere Spannungen bei einem Strom von wenigen Milliampere oft Kunststoffröhrchen, in denen eine Vielzahl der runden oxidierten Kupferscheibchen gestapelt waren, ähnlich aufgebaut wie ein Selenstab.

Der Sperrstrom der Kupferoxydul-Elemente ist relativ groß und stark temperaturabhängig ^[3].

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  Kupferoxydul-Messgleichrichter (links) im Multimeter „Multizet“

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  Einzelner Kupferoxydul-Gleichrichter (Graetzbrücke); die Bauform wurde auch „Maikäfer“ genannt

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  Einzelteile eines Kupferoxydul-Gleichrichters: Kupferscheiben mit Oxidschicht, dunkle Scheiben aus Hartpapier isolieren die Bügelfeder

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  Kupferoxydulgleichrichter ca. 0,5 A / 12 V

Literatur

• Karl Maier: Trockengleichrichter, Theorie, Aufbau und Anwendung. Verlag von R. Oldenbourg, Berlin 1938.

Quellen

1. ↑ H. Nieke: Über die Halbleitereigenschaften des Kupferoxyduls. XV. Kupfer-Oxydul-Gleichrichter aus einkristallinem Kupfer, Annalen der Physik, 478, Ausgabe 5-6 , Seiten 244 - 250
2. ↑ Handbuch für Hochfrequenz- und Elektro-Techniker („Bartsch“), Band II, Seite 130 ff.
3. ↑ http://www.imn.htwk-leipzig.de/~lueders/informatik/lehrinhalte/bauelemente/dioden.pdf