Eine Stromregeldiode (englisch current regulation diode, CRD) oder Strombegrenzerdiode (englisch current limiting diode, CLD) ist ein elektronisches Bauelement, das in einer Richtung ab einer bestimmten Spannung einen konstanten Strom führt und diesen Wert stabilisiert. Sie stellt eine Bauform von Konstantstromquellen dar.
Stromregeldioden sind vom Aufbau her keine eigentlichen Dioden, sondern eine elektronische Schaltung aus einem JFET (dies ist ein spezieller Feldeffekttransistor) und einem Widerstand zur Gegenkopplung. Da diese Schaltungen nach außen nur zwei Anschlüsse besitzen und nur in eine Richtung den Strom begrenzen, werden sie als „Dioden“ bezeichnet.
Wirkungsweise
Die Funktion wird hier am Beispiel eines n-Kanal-JFET beschrieben: Ein n-Kanal-JFET leitet bei kleiner negativer Spannung UGS zwischen Source und Gate, also hier bei geringer Spannung am Widerstand RS. Wenn man hingegen annimmt, dass der Strom durch den Widerstand zu hoch wäre, würde sich eine stärker negative Spannung UGS 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 UGS= 0 ein Strom IDSS fließt; dieser ist jedoch stark temperaturabhängig. Dies gilt auch für andere Arbeitspunkte; bei RS(-TK) als Beispiel mit „ID-Änderung“ eingezeichnet. Der Schnittpunkt der Kennlinien ist der Arbeitspunkt, bei dem die Temperaturabhängigkeit minimal ist. Durch geeignete Wahl von RS(TK=0) kann dieser Arbeitspunkt eingestellt werden. Der resultierende Strom ID 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 Exemplarstreuung (Unterschied im Strom zwischen verschiedenen Bauteilen desselben Typs) relativ groß ist (±10 %); der Strom hängt auch relativ stark von der Temperatur ab (bis ca. 1 %/K). Stromregeldioden werden für Ströme von ca. 0,05 bis 22 mA und maximale Betriebsspannungen bis zu 100 V hergestellt. Bekannte Typen sind 1N5283 bis 1N5314, J503 oder J511.
Siehe auch
- Thermistor
- Sanftanlauf (Anlaufstrombegrenzung)