Diode

Wichtige Diodenarten

Dioden als Schutzschild

An Anschlüssen wie der Ladebuchse sitzen Schutzdioden. Bekommt die Buchse eine Spannungsspitze ab, etwa durch ein defektes Ladegerät oder eine elektrostatische Entladung, leitet die Diode sie gegen Masse ab. Dabei opfert sie sich oft selbst und schließt kurz. Das Gerät lädt dann nicht mehr oder schaltet sich beim Einstecken ab. Die gute Nachricht: Der teure Chip dahinter wurde geschützt. Wird die Diode ersetzt, funktioniert das Gerät wieder.

Diodenmessung bei der Fehlersuche

Jede Leitung auf einer Platine verhält sich bei einer Messung im Diodenmodus des Multimeters ähnlich wie eine Diode, weil in den Chips Schutzdioden stecken. Der gemessene Wert ist für jede Leitung typisch. Bei der Diodenmessung vergleicht man die Werte mit einem funktionierenden Gerät oder mit Referenzwerten. Weicht ein Wert stark ab, etwa wenn er nahe null liegt, deutet das auf einen Kurzschluss auf dieser Leitung hin.

So funktioniert eine Diode

Eine Diode ist ein elektronisches Bauteil, das Strom nur in eine Richtung durchlässt. Man kann sie sich wie ein Rückschlagventil in einer Wasserleitung vorstellen. In die eine Richtung fließt der Strom fast ungehindert, in die andere Richtung sperrt die Diode. Diese Richtungen heißen Durchlassrichtung und Sperrrichtung.

Im Inneren besteht eine Diode aus zwei unterschiedlich behandelten Schichten Halbleitermaterial, meist Silizium. An der Grenze zwischen ihnen entsteht eine Sperrschicht. Erst wenn eine bestimmte Spannung in Durchlassrichtung anliegt, wird diese Schicht überwunden und Strom fließt. Bei Silizium-Dioden liegt diese Schwelle bei etwa 0,6 bis 0,7 Volt, bei Schottky-Dioden deutlich niedriger.

Die beiden Anschlüsse heißen Anode und Kathode. Der Strom fließt von der Anode zur Kathode. Auf dem Bauteil ist die Kathode meist durch einen Ring oder einen Strich markiert. Bei sehr kleinen SMD-Dioden auf Smartphone-Platinen ist diese Markierung oft nur unter dem Mikroskop zu erkennen.

Diodenarten im Überblick

Im Smartphone kommen fast alle diese Arten vor. Fotodioden stecken zum Beispiel im Umgebungslichtsensor, der die Helligkeit des Displays regelt. Leuchtdioden bilden die Hintergrundbeleuchtung von LCD-Displays und den Kamerablitz.

Dioden im Netzteil

Eine der ältesten Aufgaben von Dioden ist das Gleichrichten. Aus der Steckdose kommt Wechselstrom, dessen Richtung ständig wechselt. Elektronische Geräte brauchen aber Gleichstrom. Im Netzteil sorgen vier Dioden in einer sogenannten Brückenschaltung dafür, dass der Strom nur noch in eine Richtung fließt. Kondensatoren glätten die Spannung danach.

In modernen Ladegeräten folgen noch weitere Schritte, etwa die Umwandlung auf eine niedrige Spannung und die Regelung für das Schnellladen. Auch dort arbeiten Dioden, oft als schnelle Schottky-Dioden. Fällt eine dieser Dioden aus, liefert das Netzteil keinen oder einen unsauberen Strom.

Dioden im Smartphone und Laptop

Auf einer Smartphone-Platine sitzen viele Dioden, die du nie zu sehen bekommst. Ein großer Teil davon schützt das Gerät. TVS-Dioden an den Anschlüssen leiten statische Entladungen und Spannungsspitzen ab, bevor sie die empfindlichen Chips erreichen. Andere Dioden verhindern, dass Strom in die falsche Richtung fließt, etwa vom Akku zurück in die Ladebuchse.

In Laptops sind Dioden außerdem Teil der Ladeschaltung. Sie sorgen dafür, dass das Gerät sauber zwischen Netzteil und Akku umschaltet. In Displays mit LED-Hintergrundbeleuchtung bilden viele Leuchtdioden in Reihe das Licht hinter dem Bild. Fällt eine davon aus, kann ein ganzer Streifen oder die komplette Beleuchtung dunkel bleiben.

Wie Dioden kaputtgehen

Dioden sind robust, solange sie innerhalb ihrer Grenzwerte arbeiten. Werden sie überlastet, gehen sie meist auf eine von zwei Arten kaputt. Entweder sie werden durchlässig in beide Richtungen und bilden einen Kurzschluss. Oder sie unterbrechen den Stromfluss vollständig. Beides hat sehr unterschiedliche Folgen.

Eine kurzgeschlossene Schutzdiode an der Ladebuchse führt dazu, dass das Gerät nicht mehr lädt, weil der Ladestrom direkt gegen Masse abfließt. Häufige Auslöser sind minderwertige Ladegeräte, beschädigte Kabel und Flüssigkeit in der Buchse. Oft lässt sich in diesem Fall nur die betroffene Diode tauschen, und das Gerät lädt wieder.

Dioden prüfen

Mit einem Multimeter lässt sich eine Diode einfach prüfen. Im Diodentest-Modus misst das Gerät die Spannung, die in Durchlassrichtung abfällt. Eine intakte Silizium-Diode zeigt etwa 0,5 bis 0,7 Volt, in Sperrrichtung zeigt das Gerät keinen Wert an. Zeigt die Messung in beiden Richtungen fast null, ist die Diode durchgeschlagen.

Auf einer bestückten Platine ist die Messung schwieriger, weil andere Bauteile parallel geschaltet sind. Fachleute vergleichen deshalb die gemessenen Werte mit Referenzwerten eines intakten Geräts. Diese Methode ist eines der wichtigsten Werkzeuge in der Platinenreparatur.

Leuchtdioden im Display

Leuchtdioden sind die Dioden, mit denen du täglich zu tun hast. In LCD-Displays sitzt hinter der Bildfläche eine Reihe weißer LEDs. Ihr Licht wird über eine dünne Lichtleiterplatte gleichmäßig verteilt. Die Flüssigkristalle davor entscheiden dann, wie viel Licht an jedem Bildpunkt durchkommt.

Bei OLED-Displays ist das Prinzip anders. Hier ist jeder einzelne Bildpunkt eine eigene organische Leuchtdiode. Es gibt also keine Hintergrundbeleuchtung, und schwarze Bildpunkte bleiben einfach aus. Das sorgt für hohen Kontrast und spart Strom bei dunklen Inhalten.

Fällt bei einem LCD die Hintergrundbeleuchtung aus, siehst du das Bild nur noch schwach, wenn du mit einer Taschenlampe schräg auf das Display leuchtest. Die Ursache liegt dann oft nicht im Display selbst, sondern in der Schaltung auf der Platine, die die LEDs mit Spannung versorgt. Dort sitzen eine Spule, eine Diode und ein Steuerchip, die zusammen eine höhere Spannung für die LED-Kette erzeugen.

Typische Reparaturen rund um Dioden

In der Werkstatt begegnen uns Dioden vor allem bei drei Fehlerbildern. Erstens Ladeprobleme, wenn eine Schutzdiode an der Ladeschaltung durchgeschlagen ist. Zweitens dunkle Displays, wenn die Diode der Hintergrundbeleuchtung defekt ist. Drittens Geräte, die nach einem Wasserschaden nicht mehr starten, weil Korrosion eine Diode beschädigt oder kurzgeschlossen hat.

Der Tausch einer SMD-Diode ist für eine erfahrene Werkstatt eine überschaubare Arbeit. Die eigentliche Herausforderung liegt in der Fehlersuche. Auf einer Smartphone-Platine sitzen hunderte Bauteile, und die defekte Diode muss zuerst gefunden werden. Dabei helfen Schaltpläne, Messwerte und eine Wärmebildkamera, die zeigt, welches Bauteil bei einem Kurzschluss warm wird.

Verpolschutz und Rückstromschutz

Eine weitere wichtige Aufgabe von Dioden ist der Schutz vor falscher Polung. Wird ein Gerät mit vertauschtem Plus und Minus angeschlossen, sperrt die Diode einfach. Der Strom kann dann nicht fließen, und die Elektronik bleibt unbeschädigt. Bei Laptops mit Rundsteckern und bei vielen Zubehörteilen ist dieser Schutz üblich.

Ähnlich funktioniert der Rückstromschutz. Ein Gerät mit Akku soll nicht über die Ladebuchse Strom nach außen abgeben, wenn kein Ladegerät angeschlossen ist. Eine Diode oder ein als Schalter genutzter Transistor verhindert das. In modernen Geräten übernehmen diese Aufgabe häufig spezialisierte Chips, weil eine einfache Diode immer etwas Spannung und damit Energie verliert.

Gerade dieser Spannungsverlust ist der Grund, warum in Akkugeräten bevorzugt Schottky-Dioden eingesetzt werden. Sie verlieren nur etwa die Hälfte der Spannung einer normalen Siliziumdiode. Das verlängert die Akkulaufzeit und reduziert die Wärme im Gerät.

Für die Reparatur heißt das: Nicht jede Diode lässt sich durch eine beliebige andere ersetzen. Schwellenspannung, Strombelastbarkeit und Schaltgeschwindigkeit müssen zur Schaltung passen.

Häufige Fragen