{"version":"https:\/\/jsonfeed.org\/version\/1","title":"My Feed Title","home_page_url":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog","feed_url":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog.json","description":"DevXplained Article Feed","author":{"name":"DevXplained"},"items":[{"title":"Verpolungsschutz mit Dioden","date_published":"2025-06-02T08:00:00+02:00","id":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/verpolungsschutz","url":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/verpolungsschutz","content_html":"

Durch Verpolung können elektrische Schaltungen schnell beschädigt werden. Lass uns deshalb einige einfache Verpolungsschutzschaltungen ansehen.<\/strong><\/p>\n\n

Verpolungsschutz<\/a><\/h2>\n

Die richtige Polarität ist wichtig. Fast alle Halbleiterbauelemente und Elektrolytkondensatoren sind empfindlich gegenüber Verpolung. Das versehentliche kurzzeitige Anlegen einer Rückwärtsspannung kann die Bauteile leicht zerstören. In diesem Artikel werden wir uns einfache Verpolungsschutzschaltungen mithilfe einer Diode ansehen.<\/p>\n

Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten, die Diode in einer solchen Schutzschaltung zu nutzen:<\/p>\n

    \n
  1. Die Diode in Reihe zur Last schalten<\/li>\n
  2. Die Diode als Shunt parallel zur Last verwenden<\/li>\n<\/ol>\n

    \"Verpolungsschutz<\/p>\n

    Schauen wir uns diese beiden Möglichkeiten und ihre Vor- und Nachteile also einmal genauer an.<\/p>\n

    Diode in Serie<\/a><\/h2>\n

    Die gebräuchlichste Verpolungsschutzschaltung besteht aus eine Diode, die in Reihe mit dem Stromkreis geschaltet wird. Bei Verpolung blockiert die Diode den Stromfluss und schützt so die angeschlossene Schaltung.<\/p>\n

    Ein Beispiel hierfür ist die Schutzschaltung für die Batteriebuchse des Arduino Uno. Wie im Bild gezeigt, befindet sich direkt neben der Buchse eine Diode. Sie dient als Schutz, falls eine negative Spannung über die Buchse eingespeist wird.<\/p>\n

    \"Verpolungsschutzdiode<\/p>\n

    Link: Arduino Schaltplan<\/a><\/p>\n

    Diode als Shunt<\/a><\/h2>\n

    Alternativ kann die Diode als Shunt verwendet werden. Ein Shunt ist ein alternativer niederohmiger Strompfad. Auf diesem Pfad kann der Strom im Falle einer Verpolung um den geschützten Stromkreis herum fließen.<\/p>\n

    Bei Dioden und LEDs ist ein typisches Beispiel hierfür der Einsatz einer sogenannten antiparallelen Diode. Wie im untenstehenden Schaltplan zu sehen ist, wird die Diode in der umgekehrten Richtung zur LED angeschlossen.\n\"Verpolungsschutz<\/p>\n

    Unter normalen Bedingungen ist die Schutzdiode in Sperrichtung und der Strom fließt durch die LED. Im Falle einer Verpolung wird die Diode leitend und der Strom fließt stattdessen durch sie. Die LED ist geschützt.<\/p>\n

    Von der Theorie zur Praxis<\/a><\/h2>\n

    Theoretisch ist die in Reihe geschaltete Diode der optimale Verpolungsschutz. Es ist eine einfache, aber wirksame Maßnahme, um Stromfluss in Sperrichtung zu verhindern.\nEs kommt jedoch auf die Praxis an. In der Praxis liegen die Dinge anders. Warum? Weil Dioden in der Praxis alles andere als perfekt sind:<\/p>\n

      \n
    1. Dioden sind keine perfekten Leiter in Durchlassrichtung<\/strong>\nDer Spannungsabfall über der Diode in Durchlassrichtung quantifiziert die Unzulänglichkeit der Dioden in Bezug auf die Eigenschaft als perfekter Leiter.\nBei Standard-Siliziumdioden beträgt dieser Spannungsabfall etwa 0,7 V und bei Schottky-Dioden etwa 0,3 V.<\/li>\n
    2. Dioden sind keine perfekten Isolatoren in Sperrrichtung<\/strong>\nDer Leckstrom in Sperrrichtung gibt an, wie gut die Diode einen Stromfluss in Sperrrichtung unterdrücken kann. Eine Standarddiode hat einen Leckstrom von einigen Mikroampere. Schottky-Dioden haben einen wesentlich höheren Leckstrom im Bereich von mehreren Milliampere.<\/li>\n<\/ol>\n

      Effekt auf Diode in Serie<\/a><\/h3>\n

      Immer, wenn man eine Diode in Reihe zu einem Stromkreis schaltet, wird die Versorgungsspannung um den Spannungsabfall an der Diode reduziert. Die verlorene Energie wird als Wärme in der Diode freigesetzt. Dies hat zur Folge, dass eine in Reihe geschaltete Diode sowohl bei niedrigen Spannungen, wie sie von einer einzelnen Batterie oder Knopfzelle geliefert werden, als auch bei hohen Strömen eine schlechte Wahl ist.<\/p>\n

      Der Leckstrom in Sperrrichtung über die Diode ist dagegen für die meisten Schaltungen vernachlässigbar. Es gibt jedoch eine große Ausnahme: LEDs und vergleichbare Halbleiterbauelemente mit einer geringen Durchbruchspannung....<\/p>","tags":["Elektronik","Dioden"],"image":"\/user\/pages\/02.blog\/reverse-polarity-protection\/reverse-protection-diode.jpg?g-982d5237"},{"title":"Photoelektrischer Effekt","date_published":"2023-09-18T08:00:00+02:00","id":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/photoelektrischer-effekt","url":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/photoelektrischer-effekt","content_html":"

      Elektromagnetische Strahlung, wie Licht, interagiert mit Elektronen. Dies wird als photoelektrischer Effekt bezeichnet.<\/strong><\/p>\n\n

      Der photoelektrische Effekt<\/a><\/h2>\n

      Licht interagiert mit Materie. Wenn ein Photon mit einer ausreichend hohen Energie auf ein Elektron trifft, löst es dieses aus seiner Position. Zurück bleiben ein freies Elektron und ein Elektronenloch. Diese Wechselwirkung zwischen Licht und Materie ist als photoelektrischer Effekt bekannt.<\/p>\n

      Im heutigen Artikel werden wir uns mit drei verschiedenen physikalischen Phänomenen befassen, die durch den photoelektrischen Effekt verursacht werden oder darunter subsumiert werden können. Auf diese Weise erhalten wir das nötige Hintergrundwissen, um die Funktionsweise photoelektrischer Komponenten wie lichtabhängigen Widerständen, Photodioden und Solarzellen zu verstehen.<\/p>\n

      \"Der<\/p>\n

      Photoemission<\/a><\/h3>\n

      Los geht es mit der Photoemission. Sie wird auch als Hallwachs-Effekt oder äußerer photoelektrischer Effekt bezeichnet. Sucht man nach dem photoelektrischen Effekt, stößt man in der Regel auf dieses Phänomen, da es zur Entdeckung des photoelektrischen Effekt geführt hat. Obwohl es von großer wissenschaftlicher Bedeutung ist, spielt es in der Elektronik kaum eine Rolle. Es lohnt sich aber trotzdem, einen Blick darauf zu werfen, um den photoelektrischen Effekt und seine Eigenschaften besser zu verstehen.<\/p>\n

      Heinrich Hertz ist ein deutscher Physiker, der für seine Forschungen über elektromagnetische Wellen bekannt ist. Bei einem seiner Experimente stellte er fest, dass die Ergebnisse anders ausfielen, wenn er seinen Aufbau in einen Glaskasten stellte. Er entdeckte, dass die Verwendung von Quarz anstelle von Glas das Problem löste, da Quarz das UV-Licht nicht wie Glas herausfiltert. Im Jahr 1887 führte er weitere Experimente zu diesem Phänomen durch und beschrieb sie. Der Physiker Willhelm Hallwachs setzte diese Experimente fort. Er entwickelte den folgenden Aufbau:<\/p>\n

      \"Das<\/p>\n

      Eine Zinkplatte wird auf ein Blattgold-Elektroskop gelegt. Wenn es aufgeladen wird, lädt sich auch das in der Mitte angebrachte fein gebogene Goldblatt elektrisch auf. Da seine beiden Enden mit der gleichen Polarität geladen sind, stoßen sie sich gegenseitig ab und das Goldblatt öffnet sich.<\/p>\n

      \"Hallwachs<\/p>\n

      Hallwachs lud die Zinkplatte negativ auf und entdeckte, dass sie sich langsam entlädt, wenn das UV-Licht auf die Zinkplatte trifft. Er wiederholte seine Experimente in verschiedenen Varianten und fand heraus, dass die Zinkplatte, auch wenn sie zunächst ungeladen ist, langsam immer positiver geladen wird.\nSeine Schlussfolgerung war, dass Zink negative Ladungsträger emittiert, wenn es UV-Licht ausgesetzt wird.<\/p>\n

      \"Photoemission<\/p>\n

      Er sollte Recht haben. Wenn das UV-Licht auf die Zinkoberfläche trifft, werden von ihr Elektronen emittiert. Heutzutage ist dies als Photoemission oder als äußerer photoelektrischer Effekt bekannt.\nDieses scheinbar einfache Phänomen warf jedoch eine Menge neuer Fragen in der wissenschaftlichen Gemeinschaft auf. Warum muss es UV-Licht sein? Warum hängt die Energie der emittierten Elektronen nicht von der Lichtintensität, sondern von der Wellenlänge ab? <\/p>\n

      Namhafte Wissenschaftler wie Max Planck und Albert Einstein trugen im nächsten Jahrhundert zur Beantwortung dieser Fragen bei. Ihre Antworten stellten das bisherige Wissen über elektromagnetische Wellen auf den Kopf und trugen zur Entwicklung der Quantenphysik bei.<\/p>\n

      Wichtig für uns ist, dass Licht sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften hat. Der photoelektrische Effekt ist am einfachsten zu verstehen, wenn man das Licht als Teilchen, sogenannte Photonen, beschreibt. Die Energie dieser Photonen ist abhängig von der Wellenlänge. Blaues Licht...<\/p>","tags":["Elektronik","Physik","Dioden","Licht"],"image":"\/user\/pages\/02.blog\/photoelectric-effect\/photoelectric-effect.jpg?g-982d5237"},{"title":"TVS-Dioden","date_published":"2023-05-08T08:00:00+02:00","id":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/tvs-diodes","url":"https:\/\/devxplained.eu\/de\/blog\/tvs-diodes","content_html":"

      Was sind TVS-Dioden? Was macht sie besonders? Finden wir es heraus und lernen, wie sie Schaltungen vor Spannungsspitzen schützen können.<\/strong><\/p>\n\n

      TVS-Dioden<\/a><\/h2>\n

      TVS-Dioden (engl. Transient Voltage Suppressor) oder auch Suppressordioden sind Dioden, die speziell für den Schutz von Schaltkreisen konzipiert sind. Hierzu wird eine TVS-Diode in Sperrrichtung parallel zu einer Schaltung angeschlossen.\n\"TVS-Diode<\/p>\n

      Der Aufbau der Schaltung gleicht dem der einer Z-Diode, die zur Spannungsregelung oder als Spannungsreferenz verwendet wird. Technisch gesehen ist das tatsächlich so. Es handelt sich um eine Shuntreglerschaltung<\/a>. Sie wird jedoch anders verwendet. Um einen 5 V Stromkreis zu schützen, wählt man eine TVS-Diode, die erst knapp über 5 V zu leiten beginnt.\nDie TVS-Diode dient nämlich als Überspannungsschutz und nicht als Spannungsregler. Sie verhindert Spannungsspitzen, indem sie diese absorbiert.<\/p>\n

      \n

      Was sind Spannungsspitzen?<\/strong>
      \nEine Spannungsspitze oder auch Transiente, ist eine abrupte, kurzzeitige Freisetzung von elektrischer Energie. Für eine kurze Zeit steigt die Spannung weit über die übliche Betriebsspannung des Stromkreises an. Dadurch kann die Schaltung zerstört werden. Typische Quellen für Spannungsspitzen sind elektrostatische Entladungen (ESD), Blitzeinschläge, das Schalten von induktiven Lasten oder das Überschwingen beim Einschalten von Schaltnetzteilen.<\/p>\n<\/div>\n

      TVS-Dioden sind Z-Dioden, allerdings sind ganz spezielle Z-Dioden. Eine TVS-Diode kann große Mengen an Energie absorbieren. Kleine Z-Dioden sind in der Regel für 0,5 W ausgelegt, TVS-Dioden können mehrere hundert Watt und oft mehr als ein Kilowatt für eine sehr kurze Zeitspanne aufnehmen, ohne beschädigt zu werden. Kurzfristig ist hier das Stichwort. Eine kurze Zeit reicht aus, um zu verhindern, dass eine Spannungsspitze eine Schaltung beschädigt. Für Dauerlasten hingegen sind die TVS-Dioden nicht gedacht. <\/p>\n

      Was ist eine kurze Zeitspanne? Das ist im Datenblatt der jeweiligen Diode angegeben. Wichtig zu wissen ist, dass Werte wie die Impuls-Verlustleistung von TVS-Dioden nach bestimmten Industrienormen wie z.B. der IEC61643-123 (10\/1000 µs Kurve) ermittelt werden. Solche Normen gehen von bestimmten Annahmen über die erwarteten Spannungsspitzen aus. Die 10\/1000 µs Kurve versucht beispielsweise, kurze, aber leistungsstarke Spannungsspitzen, wie sie bei Blitzeinschlägen oder statischen Entladungen (ESD) auftreten, nachzubilden. Spannungsspitzen, die durch induktive Lasten verursacht werden, dauern aber oft länger an. In einem solchen Fall ist ein Derating der TVS-Diode erforderlich.<\/p>\n

      Da die TVS-Diode eine so hohe Leistung aufnehmen kann, ist es nicht erforderlich, einen Strombegrenzungswiderstand in Reihe zu schalten. Die Impedanz von Stromquelle und Kabeln ist normalerweise hoch genug. Daher muss keine Energie durch einen zusätzlichen Strombegrenzungswiderstand verschwendet werden. <\/p>\n

      Das schematische Symbol für TVS-Dioden ist identisch mit dem für Z-Dioden verwendeten Symbol. Wird das Schaltzeichen richtig genutzt, muss man jedoch zwischen zwei Arten von TVS-Dioden unterscheiden: unidirektionale und bidirektionale TVS-Dioden.\n\"Schematisches<\/p>\n

      Unidirektionale TVS-Dioden werden für Gleichstromkreise benutzt. Wenn sie in Durchlassrichtung betrieben werden, leiten sie wie normale Dioden etwa 0,7 V. Ihre Nennspannung gilt nur, wenn sie in Sperrichtung betrieben werden.<\/p>\n

      Bidirektionale TVS-Dioden sind für Wechselstromkreise gedacht, bei denen es keine feste Polarität gibt. Eine bidirektionale TVS-Diode besteht aus zwei antiseriellen unidirektionalen TVS-Dioden. Sie verhält sich gleich, unabhängig davon, in welche Richtung der Strom fließt.<\/p>\n

      Eigenschaften von TVS-Dioden<\/a><\/h2>\n

      TVS-Dioden lassen sich durch die folgenden Eigenschaften charakterisieren:<\/p>\n