1N4004 — Gleichrichterdiode

Steckbrief aus der Bauteile-Bibliothek. Theorie dazu: pn-Übergang.

Die 1N400x-Reihe ist die Arbeitsbiene der Gleichrichtung: Silizium, ein Ampere, Gehäuse DO-41, seit den Sechzigern praktisch unverändert. Die 1N4004 ist die 400-Volt-Variante — und meistens die vernünftige Wahl, weil der Preisunterschied zur 50-V-Version 1N4001 gegen null geht.

Steckbrief

Funktion	Silizium-Gleichrichterdiode
Gehäuse	DO-41, bedrahtet
Sperrspannung \(U_{RRM}\)	400 V
Dauerstrom \(I_{F(AV)}\)	1 A
Stoßstrom \(I_{FSM}\)	30 A (10 ms, einmalig)
Flussspannung \(U_F\)	1,0 V bei 1 A (Datenblatt-Maximum)
Sperrstrom \(I_R\)	≤ 5 µA bei 25 °C (Datenblatt-Maximum)
Sperrverzögerung \(t_{rr}\)	~2 µs — nicht für Schaltregler geeignet

Die Kathode ist der Ring auf dem Gehäuse. Angaben ohne Gewähr — verbindlich ist das Datenblatt.

Selbst gemessen: Flussspannung, Sperrstrom, Idealitätsfaktor

Datenblätter geben Grenzwerte an, keine Kurven. Die folgenden Werte stammen aus einer eigenen Messung mit einer Source-Measure-Unit — das ist der Unterschied zwischen „höchstens 1 V" und dem, was das Bauteil wirklich tut.

Strom	gemessene Flussspannung
1 mA	0,590 V
10 mA	0,710 V
50 mA	0,815 V

Die vollständigen Sweeps — 171 Punkte vorwärts, dazu beide Sperrstrommessungen — liegen als CSV öffentlich im Repository diode-iv-measurements. Wer die Kurve selbst fitten oder gegen eigene Messungen halten will, braucht sie nicht abzutippen.

Die berühmten „0,7 Volt" sind also ein einzelner Punkt auf einer Kurve, die sich über zwei Dekaden Strom um mehr als 200 mV verschiebt. Wer eine Schaltung mit einer festen Flussspannung rechnet, sollte wissen, bei welchem Strom sie gilt.

Idealitätsfaktor. Der Idealitätsfaktor ist keine Konstante des Bauteils. Er hängt davon ab, in welchem Strombereich man die Steigung abliest:

Strombereich	Steigung	\(n\)
1 µA – 10 µA	84 mV/Dekade	1,41
10 µA – 100 µA	91 mV/Dekade	1,53
0,1 mA – 1 mA	110 mV/Dekade	1,84
1 mA – 10 mA	127 mV/Dekade	2,13

Der Lehrbuchwert wäre \(n = 1\), entsprechend 60 mV pro Dekade bei 300 K. Über den ganzen Bereich von 1 µA bis 1 mA gemittelt ergibt sich n ≈ 1,6 — die Zahl, die man für einen Gleichrichter dieser Bauart üblicherweise liest. Oberhalb von etwa 10 mA verfälscht der Bahnwiderstand die Steigung zusätzlich, dort ist \(n\) nicht mehr sinnvoll ablesbar. Die ideale Shockley-Gleichung kennt diese Abweichungen nicht.

Sperrstrom. Mit fest eingestelltem 10-µA-Messbereich fließen bei −10 V rund 5,6 nA und bei −20 V rund 11 nA. Der Datenblatt-Grenzwert von 5 µA liegt gut zwei Größenordnungen darüber — die Diode sperrt also erheblich besser als gefordert. Der Anstieg ist sublinear: zwanzigfache Spannung bringt nur den fünffachen Strom, wie es für Generationsstrom in der mit der Sperrspannung wachsenden Raumladungszone zu erwarten ist.

Eine erste Messung mit automatischer Bereichswahl hatte an derselben Diode Werte zwischen −92 nA und +65 nA ohne jeden Zusammenhang zur Spannung ergeben. Das war ein Artefakt der Bereichsumschaltung, keine Grenze der Auflösung — wie es dazu kam, steht im Messbericht.

Praxisfallen

• Nicht für Schaltnetzteile. Die Sperrverzögerung von etwa 2 µs bedeutet: Bei jeder Kommutierung leitet die Diode noch kurz rückwärts. Bei 50 Hz egal, bei 100 kHz ein Kurzschluss pro Zyklus. Dafür gibt es Schottky-Dioden wie die SB560 oder schnelle Typen der Reihe UF400x.
• Verlustleistung nicht unterschätzen. Bei 1 A und rund 1 V fällt ein Watt an — im DO-41-Gehäuse ohne Kühlung wird das spürbar heiß.
• Als Freilaufdiode ideal. Über einer Relaisspule oder einem Motor fängt sie die Induktionsspitze ab. Hier ist die Trägheit sogar unkritisch, weil nur einmal je Schaltvorgang umgeladen wird.
• Sperrspannung mit Reserve wählen. Am 230-V-Netz beträgt der Scheitelwert 325 V — die 400-V-Type hat dort wenig Luft. Für Netzanwendungen lieber 1N4007 mit 1000 V.

Bezugsquellen

• Datenblatt: Vishay 1N4001–1N4007
• Kaufen: Reichelt · Mouser
• Messdaten: die Rohdaten dieser Messung liegen öffentlich im Repository diode-iv-measurements

Weiterführendes

• Diodenkennlinie selbst messen — Messaufbau und Auswertung
• Der pn-Übergang — was im Inneren passiert
• SB560 — der Schottky-Gegenspieler im direkten Vergleich
• Bauteile-Bibliothek — alle Steckbriefe

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