Eine Diode ist ein elektronisches Gerät, das die Richtung des Stromflusses in einem Stromkreis steuert. Die Standarddiode lässt elektrischen Strom in Vorwärtsrichtung fließen, jedoch nicht in Rückwärtsrichtung. Ein Diodentyp kann jedoch unter bestimmten Bedingungen Strom in Sperrrichtung leiten. Dieser spezielle Diodentyp ist die Sperrdiode.
Der Diodenaufbau umfasst zwei Segmente eines Halbleitermaterials, wie beispielsweise Silizium. Ein Segment hat eine positive Ladung, die Anode genannt wird. Das andere Segment ist negativ geladen und wird als Kathode bezeichnet. Bei der Herstellung werden diese beiden Segmente miteinander verschmolzen und bilden einen PN-Übergang, der einen Teil als positiv und den anderen als negativ identifiziert. An den Enden gegenüber dem Übergang werden dann üblicherweise Metallleitungen angebracht, um eine Diode zu bilden.
Der PN-Übergang ist der Brennpunkt des Betriebs einer Diode. Wenn die beiden Materialsegmente miteinander verschmelzen, heben sie ihre elektrische Ladung in einem schmalen Band über den PN-Übergang auf, der als Verarmungsbereich bezeichnet wird. Dieser Bereich der Diode begünstigt weder eine positive noch eine negative elektrische Ladung und wirkt als Isolator zwischen den beiden Segmenten der Diode.
Im Normalbetrieb funktioniert eine Diode ähnlich wie ein elektronisches Rückschlagventil. Wird an die Kathode der Diode eine negative Spannung angelegt, verbindet sich die Ladung mit der internen elektrischen Ladung der Diode. In diesem Fall hält die Isolierung des Verarmungsbereichs am PN-Übergang und verhindert, dass elektrischer Strom durch die Diode fließt. Eine in diesem Zustand arbeitende Diode befindet sich im Sperrdiodenbetrieb oder in Sperrvorspannung.
Wird jedoch an die Anode der Diode eine negative Spannung angelegt, wandert die Spannung in den positiv geladenen Teil der Diode. Wenn sie den Übergang erreicht, hat die Ladung genug elektrische Energie, um die Verarmungsregion zu überbrücken. An diesem Punkt leitet die Diode elektrischen Strom und lässt ihn so lange fließen, bis die Spannung entfernt wird. Dioden, die in diesem Zustand arbeiten, befinden sich im Vorwärtsdiodenbetrieb oder in Vorwärtsrichtung.
Die Isolierung des Verarmungsbereichs kann jedoch nur einer bestimmten Spannung standhalten. Sollte die Spannung zu hoch werden, während das Gerät in einem Sperrdiodenzustand arbeitet, versagt der Verarmungsbereich und lässt einen Stromstoß durch. Dieses Phänomen wird als Lawine bezeichnet und zerstört normalerweise eine Standarddiode, wenn es auftritt.
Während das Lawinenphänomen im Allgemeinen vermieden werden sollte, stellten Ingenieure fest, dass das Blockieren der Spannung bis zum Erreichen eines vorbestimmten Niveaus und das anschließende Durchlassen ein nützliches Werkzeug bei der Entwicklung der elektronischen Technologie sein könnte. Dann begannen sie, Dioden mit sehr spezifischen Verarmungsbereichen zu entwickeln, die den schrecklichen Auswirkungen einer Lawine standhalten konnten. Seit ihrer Einführung haben diese Diodentypen ihren Weg in praktisch alle Bereiche der Elektronik gefunden.
Im Betrieb funktioniert eine Sperrdiode wie eine Standarddiode. An seine Kathode wird eine negative Spannung angelegt und die Diode sperrt sie. Sollte diese Spannung jedoch weiter auf einen vorbestimmten Wert, die sogenannte Durchbruchspannung, ansteigen, durchläuft die Diode eine kontrollierte Lawine und beginnt, elektrischen Strom sicher in Rückwärtsrichtung zu leiten. Diese Dioden haben viele Namen, darunter Avalanche-Dioden, Durchbruchdioden oder Sperrdioden.