Was ist eine Diode? Funktion, Arten, Polung und Anwendungen

Was ist eine Diode? Kurz gesagt ist eine Diode ein Halbleiterbauteil mit zwei Anschlüssen, das elektrischen Strom nur in eine Richtung fließen lässt. Stell sie dir wie ein Rückschlagventil in einer Wasserleitung vor: Der Strom fließt problemlos von der Anode zur Kathode und wird in der Gegenrichtung fast vollständig gesperrt. Dank dieser einfachen Eigenschaft macht eine Diode aus dem Wechselstrom der Steckdose Gleichstrom, schützt deine Schaltung vor einer falsch herum angeschlossenen Batterie, schluckt die gefährlichen Spannungsspitzen von Relais und Motoren und begrenzt eine Spannung auf einen festen Wert.

Dioden begegnen dir täglich, ohne dass du es merkst: im Handy-Ladegerät, an der Hohlstecker-Buchse des Arduino Uno, auf Relaismodulen und in jeder LED auf deinem Schreibtisch. Ja, auch eine LED ist eine Diode, die Licht aussendet. In diesem Artikel lernst du, was im Inneren einer Diode passiert, wie du Anode und Kathode unterscheidest, woher die 0,7 V Durchlassspannung kommen und worin sich 1N4007, 1N4148 und 1N5819 unterscheiden; außerdem geht es um Verpolungsschutz, Freilaufdiode, Brückengleichrichter, Z-Diode und den Diodentest mit dem Multimeter. Zum Schluss baust du mit dem Arduino einen kleinen Tester, der Richtung und Typ einer Diode selbst erkennt.

Was ist eine Diode und wie funktioniert sie?

In einer Diode treffen zwei unterschiedliche Halbleiterschichten aufeinander: n-dotiertes Silizium mit Elektronenüberschuss und p-dotiertes Silizium mit Elektronenmangel (Löcherüberschuss). An der Grenze entsteht eine dünne Sperrschicht (Raumladungszone), in der sich die Ladungsträger gegenseitig neutralisieren; sie wirkt wie eine Wand gegen den Strom. Legst du an die Anode (p-Seite) Plus und an die Kathode (n-Seite) Minus, betreibst du die Diode also in Durchlassrichtung, wird die Wand dünner; sobald die Spannung bei Silizium etwa 0,6–0,7 V überschreitet, steigt der Strom schnell an. In Sperrrichtung wird die Wand dicker, und es fließt nur ein winziger Sperrstrom im Mikro- oder Nanoampere-Bereich. Übersteigt die Sperrspannung die Grenze der Diode, kommt es zum Durchbruch: Normale Dioden gehen dabei kaputt, Z-Dioden dagegen sind genau für diesen Bereich gebaut. Die Tabelle zeigt die wichtigsten Datenblattwerte, auf die du bei der Auswahl einer Diode achtest.

Anode, Kathode und Ring: So erkennst du die Polung einer Diode

Eine Diode hat zwei Anschlüsse: die Anode (A) und die Kathode (K). Im Schaltplan wird sie als Dreieck mit einem senkrechten Strich davor gezeichnet: Das Dreieck zeigt wie ein Pfeil die Stromrichtung, also von der Anode zur Kathode, und der Strich ist die Kathode. Auf der echten Diode ist dieser Strich auf das Gehäuse gedruckt: Ein grauer oder weißer Ring auf der schwarzen 1N4007 und ein schwarzer Ring auf der gläsernen 1N4148 markieren das Kathodenende. Eine einfache Eselsbrücke: Der Strich im Symbol und der Ring auf dem Gehäuse sind dasselbe Ende. Liegt das beringte Ende einer Diode in der Schaltung an der positiveren Spannung, sperrt sie; ist das unmarkierte Ende positiver, leitet sie.

• Dioden mit axialen Anschlüssen (1N4007, 1N5819): Der einzelne Ring auf dem Gehäuse ist die Kathode; den Typ bestätigst du über den Aufdruck.
• Kleine Glasdioden (1N4148, Z-Dioden): Der schwarze Ring ist die Kathode; der Aufdruck ist winzig, also lies ihn mit einer Lupe oder miss mit dem Multimeter.
• SMD-Dioden: Ein Strich an einer Kante des Gehäuses markiert die Kathode; die mit M7 bedruckte Diode auf Arduino-Boards ist das SMD-Gegenstück der 1N4007.
• LEDs: Das lange Bein ist die Anode, das kurze die Kathode; die abgeflachte Stelle am Rand der LED zeigt ebenfalls die Kathodenseite.
• Brückengleichrichter: Die vier Anschlüsse sind mit ~ (Wechselspannungseingänge), + und − beschriftet.
• Wenn die Markierung abgerieben ist: Der Diodentest des Multimeters zeigt die Richtung in Sekunden; wir erklären ihn weiter unten Schritt für Schritt.

Durchlassspannung: 0,7 V bei Silizium, 0,3 V bei Schottky

Wenn eine Diode leitet, fällt an ihr eine kleine, nahezu konstante Spannung ab: die Durchlassspannung (VF), auch Flussspannung genannt. Für Siliziumdioden lernt man 0,7 V auswendig, doch das ist kein fester Wert: Eine 1N4007 hat bei einigen Milliampere etwa 0,55 V, bei 1 A dagegen 0,9–1,0 V. Mit steigender Temperatur sinkt die Durchlassspannung um etwa 2 mV pro °C; damit machen wir die Diode später sogar zum Temperatursensor. Durchlassspannung bedeutet Wärme: Die Verlustleistung einer Diode ist P = VF × I. Eine 1N4007 erzeugt bei 1 A rund 1 W Wärme und wird zu heiß zum Anfassen; eine 1N5819-Schottkydiode verliert beim gleichen Strom höchstens 0,6 V, die Wärme halbiert sich also fast.

Arten von Dioden

Auch eine LED ist eine Diode

Wie der Name sagt, ist eine LED (Light Emitting Diode, Leuchtdiode) eine Diode, die Licht aussendet. Wie eine normale Diode leitet sie Strom nur von der Anode zur Kathode; der Unterschied ist, dass die Energie, die beim Rekombinieren von Elektronen und Löchern am PN-Übergang frei wird, als Licht statt als Wärme austritt. Das Halbleitermaterial bestimmt die Farbe, und je näher die Farbe an Blau liegt, desto höher ist die Durchlassspannung: Eine rote LED braucht etwa 2 V, blaue und weiße LEDs um die 3 V. Die Werte für jede Farbe findest du im Tool LED-Spannungen.

Ein wichtiger Unterschied zwischen Diode und LED ist die Sperrspannung: Eine 1N4007 hält 1000 V aus, eine typische LED laut Datenblatt nur etwa 5 V in Sperrrichtung. Deshalb solltest du eine LED nicht als Gleichrichter verwenden. Die zweite Regel: Begrenze den Strom einer LED immer mit einem Vorwiderstand, denn sobald du die Durchlassspannung überschreitest, steigt der Strom sehr schnell an. Für eine rote LED an 5 V ergibt sich (5 − 2) / 0,015 ≈ 200 Ω, also der Normwert 220 Ω; rechnen kannst du das mit dem LED-Vorwiderstandsrechner. Mehr über das Anschließen von LEDs und die Farbwahl erfährst du in Was ist eine LED?.

1N4007, 1N4148 und 1N5819: Welche Diode nimmst du wann?

Die Familie 1N4001 bis 1N4007 unterscheidet sich nur in der Sperrspannung (50 V bei der 1N4001, 1000 V bei der 1N4007); da sie fast gleich viel kosten, nehmen die meisten für alles die 1N4007. Die 1N4148 ist eine Diode für kleine Ströme, aber sehr schnell; Hunderte Milliampere kann sie nicht dauerhaft führen, in Signal- und Logikschaltungen ist sie jedoch unschlagbar. Die 1N5819 spart dank ihrer niedrigen Durchlassspannung wertvolle Volt in batterie- und USB-versorgten Schaltungen; ihre einzigen Nachteile sind die geringe Sperrspannung von 40 V und der Sperrstrom, der mit der Temperatur steigt. Für Ströme bis 3 A greifst du zur 1N5408 (Silizium) oder zur Familie SS34 / 1N5822 (Schottky). Bei per PWM gesteuerten Motoren bleibt eine schnelle UF4007 (75 ns) oder eine Schottkydiode kühler als die langsame 1N4007.

Verpolungsschutz: So rettest du deine Schaltung vor einer falsch gepolten Batterie

Die Kabel eines Batteriehalters zu vertauschen oder das falsche Netzteil einzustecken gehört zu den häufigsten Gründen für zerstörte Schaltungen. Die einfachste Lösung ist eine Diode in Reihe am Versorgungseingang: Stimmt die Polung, leitet die Diode; ist sie vertauscht, fließt kein Strom und die Schaltung bleibt heil. Der Arduino Uno R3 macht das bereits: An seiner Hohlstecker-Buchse sitzt eine mit M7 bedruckte Diode, das SMD-Gegenstück der 1N4007. Deshalb misst du an VIN etwa 8,3 V, wenn du das Board mit einem 9-V-Netzteil versorgst. Der Preis einer Reihendiode ist dieser Spannungsverlust: Schickst du 5 V vom USB durch eine 1N4007, bleiben etwa 4,3 V übrig, durch eine 1N5819 etwa 4,7 V.

Dioden verbinden auch zwei Stromquellen miteinander; das nennt man Dioden-ODER (Diode-OR). Jede Quelle wird über ihre eigene Schottkydiode an denselben Punkt angeschlossen; die Quelle mit der höheren Spannung versorgt die Last, und die Quellen können sich nicht gegenseitig Strom zuschieben. Beim Raspberry Pi Pico ist VBUS vom USB bereits über eine Schottkydiode mit der VSYS-Leitung verbunden. Willst du einen Pico sowohl über USB als auch aus einer Batterie versorgen, reicht es, die Batterie über eine zweite Schottkydiode (Kathode Richtung VSYS) an VSYS anzuschließen; so speist die Batterie nicht in den USB-Anschluss zurück. Auch der originale Arduino Nano hat in der USB-Leitung eine Schottkydiode (MBR0520); deshalb ist es normal, dass du am 5V-Pin eines über USB versorgten Nano etwas weniger als 5 V misst.

Freilaufdiode: Schutz vor Spannungsspitzen von Relais und Motoren

Induktive Lasten wie Relaisspulen, Motoren, Hubmagnete und Lüfter wehren sich gegen ein plötzliches Abschalten des Stroms. In dem Moment, in dem der Transistor sperrt, sucht die in der Spule gespeicherte magnetische Energie einen Ausweg und erzeugt nach V = L × di/dt eine umgekehrte Spannungsspitze, die Hunderte Volt erreichen kann. Diese Spitze schlägt den Transistor durch, setzt den Arduino zurück oder beschädigt seine Pins. Abhilfe schafft eine Freilaufdiode (Flyback-Diode), die in Sperrrichtung parallel zur Spule geschaltet wird: Im Normalbetrieb sperrt sie und tut nichts; wird der Strom abgeschaltet, bietet sie dem Spulenstrom einen Weg zum Weiterfließen und begrenzt die Spitze auf etwa 0,7 V über der Versorgungsspannung.

1. Finde heraus, welcher Spulenanschluss an Plus der Versorgung und welcher an den Kollektor des Transistors (oder den Drain des MOSFETs) geht.
2. Löte das beringte Kathodenende der Diode an den Spulenanschluss, der mit Plus verbunden ist.
3. Verbinde die Anode mit dem Spulenanschluss, der zum Transistor führt; die Diode liegt parallel zur Spule, aber in Gegenrichtung.
4. Wähle die Diode: Für 5-V- und 12-V-Relais reicht eine 1N4007 oder 1N4148; bei Motoren mit PWM-Drehzahlsteuerung nimm eine schnelle Schottkydiode (1N5819) oder eine UF4007. Der Nennstrom der Diode muss über dem Spulenstrom liegen.
5. Setze die Diode so nah wie möglich an die Spule; lange Leitungen lassen einen Teil der Spitze in die Schaltung gelangen.
6. Prüfe die Richtung vor dem Einschalten noch einmal: Eine verkehrt herum eingebaute Freilaufdiode schließt die Versorgung kurz, sobald der Transistor einschaltet.

Brückengleichrichter: Aus Wechselstrom wird Gleichstrom

Die Spannung aus dem Netz und am Ausgang eines Transformators ist Wechselspannung (AC): Ihre Frequenz beträgt in Europa 50 Hz, sie durchläuft also 50 volle Perioden pro Sekunde und wechselt 100-mal pro Sekunde die Richtung. Ein Arduino braucht dagegen Gleichspannung (DC), die ihre Richtung nicht ändert. Eine einzelne Diode lässt nur die positive Halbwelle der Sinuskurve durch; das nennt man Einweggleichrichtung. Ein Brückengleichrichter (Graetz-Brücke) aus vier rautenförmig verschalteten Dioden lässt in jeder Halbwelle zwei Dioden leiten und klappt so auch die negative Halbwelle ins Positive; das nennt man Vollweggleichrichtung. Ein großer Elektrolytkondensator am Ausgang glättet diese pulsierende Spannung zu einer Gleichspannung nahe dem Spitzenwert.

So rechnest du: Der auf dem Transformator angegebene Wert ist der Effektivwert, die Spitzenspannung ist √2-mal so groß. Ein 9-V-Wechselspannungstrafo hat also eine Spitze von 9 × 1,414 ≈ 12,7 V. In der Brücke fließt der Strom immer durch zwei Dioden, dabei gehen etwa 1,6 V verloren, und der Kondensator lädt sich auf rund 11 V auf. Zieht die Last Strom, entlädt sich der Kondensator zwischen den Spitzen; diese Restwelligkeit (Brummspannung) beträgt ungefähr Vr = I / (2 × f × C). Mit 0,5 A Last und 2200 µF ergibt sich Vr = 0,5 / (2 × 50 × 0,0022) ≈ 2,3 V; die Spannung schwankt also zwischen etwa 8,8 und 11 V. Ein Regler wie der 7805 macht daraus saubere 5 V. Wie Kondensatoren arbeiten, erfährst du in Was ist ein Kondensator?, den Regler in Spannungsregler 7805.

Spannung mit der Z-Diode begrenzen

Eine Z-Diode (Zenerdiode) ist so gebaut, dass sie kontrolliert leitet, sobald die Sperrspannung einen bestimmten Wert erreicht. Diese Z-Spannung (Vz) gibt es in vielen Normwerten von 2,4 V bis 200 V: 3,3 V, 5,1 V und 12 V sind am gebräuchlichsten. Eine Z-Diode wird in Sperrrichtung angeschlossen: Kathode an Plus, Anode an GND. Unterhalb von Vz fließt fast kein Strom; erreicht die Spannung Vz, leitet die Diode den überschüssigen Strom nach GND ab und hält die Spannung auf diesem Wert. In Durchlassrichtung verhält sie sich wie eine normale Diode mit etwa 0,7 V. Eine Z-Diode wird nie allein verwendet: Ein Vorwiderstand zur Strombegrenzung ist Pflicht, sonst brennt sie in der ersten Sekunde durch.

Der Vorwiderstand berechnet sich mit R = (Vein − Vz) / (Iz + ILast). Angenommen, du willst aus 12 V stabile 5,1 V für eine Schaltung mit 5 mA gewinnen, und durch die Z-Diode sollen 10 mA fließen: R = (12 − 5,1) / (0,010 + 0,005) = 460 Ω, du nimmst also den Normwert 470 Ω. Ohne Last fließt der gesamte Strom durch die Z-Diode: 6,9 V / 470 Ω ≈ 14,7 mA, und sie setzt 5,1 × 0,0147 ≈ 75 mW um, für eine 0,5-W-Z-Diode völlig unkritisch. Der Widerstand setzt 6,9² / 470 ≈ 0,1 W um, ein 1/4-W-Widerstand genügt. Spannungs- und Widerstandsberechnungen prüfst du mit dem Rechner für das Ohmsche Gesetz.

• Leistungsgrenze: Die 1N47xx-Serie (z. B. die 1N4733A mit 5,1 V) verträgt 1 W, die Serien BZX55 und 1N52xx 0,5 W. Die Verlustleistung der Z-Diode ist P = Vz × Iz und sollte am besten unter der Hälfte des Nennwerts bleiben.
• Eingangsschutz: Um ein 12-V-Signal an einen 5-V-Eingang des Arduino zu legen, kannst du einen 10-kΩ-Vorwiderstand und eine 5,1-V-Z-Diode vom Pin nach GND verwenden; die Spannung am Pin kann 5,1 V nicht überschreiten.
• Achte auf den Leckstrom: Z-Dioden mit niedriger Spannung leiten auch unterhalb von Vz etwas Strom; die 1N4728A (3,3 V) darf laut Datenblatt schon bei 1 V bis zu 100 µA durchlassen. In hochohmigen Analog-Messschaltungen verfälscht dieser Leckstrom das Ergebnis.
• Kein Spannungsregler: Eine Z-Diode ist für Referenz- und Schutzaufgaben mit einigen zehn Milliampere gedacht. Um einen Arduino oder Motor zu versorgen, nimm einen Linearregler wie den 7805 oder ein Step-down-Modul wie den LM2596.
• Wenn du eine genaue Referenz brauchst: Z-Dioden um 5,1 V und 5,6 V ändern sich am wenigsten mit der Temperatur; für eine stabilere Referenz nimmt man einstellbare Referenz-ICs wie den TL431.

Diode mit dem Multimeter testen

1. Nimm die Diode aus der Schaltung oder löte mindestens ein Bein ab; andere Bauteile in der Schaltung können die Messung verfälschen.
2. Stelle den Drehschalter auf die Position mit dem Diodensymbol. Bei vielen Multimetern teilt sie sich die Stellung mit dem Durchgangsprüfer (Piepton).
3. Halte die rote Messspitze an die Anode und die schwarze an die beringte Kathode. Eine intakte Siliziumdiode zeigt einen Wert zwischen 0,5 und 0,7; das ist die Durchlassspannung bei einem Prüfstrom von etwa 1 mA (manche Geräte zeigen sie in Millivolt an, etwa 550).
4. Vertausche die Messspitzen. Eine intakte Diode leitet in dieser Richtung nicht, und das Display zeigt OL oder ganz links eine einzelne 1.
5. Siehst du in beiden Richtungen einen Wert nahe null und hörst einen Piepton, hat die Diode einen Kurzschluss; zeigt das Display in beiden Richtungen OL, ist die Diode unterbrochen, also innen kaputt. In beiden Fällen ersetzt du sie.

Einen Diodentester mit Arduino bauen

Hast du kein Multimeter oder willst einen Schritt weiter gehen, machst du aus einem Arduino Uno einen einfachen Diodentester. Die Idee ist dieselbe wie beim Multimeter: Durch das Bauteil wird nacheinander in beide Richtungen ein kleiner Strom geschickt und die Spannung daran gemessen. Zwei Digitalpins versorgen die beiden Enden des Bauteils über 1-kΩ-Widerstände, zwei Analogpins lesen die Spannung an den Enden. Da der Strom auf etwa 2 mA begrenzt ist, nehmen Dioden, LEDs und selbst falsch herum eingesteckte Bauteile keinen Schaden.

1// Arduino ile diyot test cihazı / Diode tester with Arduino
2// D2 -> 1 kΩ -> A0 -> [test edilen parça / part under test] -> A1 -> 1 kΩ -> D3
3const int PIN_A = 2;        // A0 tarafını besler / drives the A0 side
4const int PIN_B = 3;        // A1 tarafını besler / drives the A1 side
5const float VREF = 5.0;     // 5V pininde ölçtüğün değer / the value you measure on the 5V pin
6
7// highPin'i HIGH, lowPin'i LOW yapar ve parça üzerindeki gerilimi döndürür
8// Drives highPin HIGH, lowPin LOW and returns the voltage across the part
9float measure(int highPin, int lowPin, int highAdc, int lowAdc) {
10  digitalWrite(highPin, HIGH);
11  digitalWrite(lowPin, LOW);
12  delay(5);
13  long sum = 0;
14  for (int i = 0; i < 16; i++) {
15    sum += analogRead(highAdc) - analogRead(lowAdc);
16  }
17  digitalWrite(highPin, LOW);              // ölçüm bitti, akımı kes / done, cut the current
18  return sum / 16.0 * VREF / 1023.0;
19}
20
21// İleri gerilime göre türü tahmin eder / Guesses the type from the forward voltage
22const char* identify(float vf) {
23  if (vf < 0.40) return "Schottky";
24  if (vf < 1.00) return "silisyum diyot / silicon diode";
25  return "LED";
26}
27
28void setup() {
29  pinMode(PIN_A, OUTPUT);
30  pinMode(PIN_B, OUTPUT);
31  digitalWrite(PIN_A, LOW);
32  digitalWrite(PIN_B, LOW);
33  Serial.begin(9600);
34}
35
36void loop() {
37  float vAB = measure(PIN_A, PIN_B, A0, A1);   // A0 tarafı artı / A0 side positive
38  float vBA = measure(PIN_B, PIN_A, A1, A0);   // A1 tarafı artı / A1 side positive
39  bool ab = vAB < 4.0;                         // A0 -> A1 yönünde iletim / conducts from A0 to A1
40  bool ba = vBA < 4.0;                         // A1 -> A0 yönünde iletim / conducts from A1 to A0
41
42  if (ab && ba) {
43    if (vAB < 0.1 && vBA < 0.1) {
44      Serial.println("Kısa devre / short circuit");
45    } else {
46      Serial.println("İki yönde iletim: direnç ya da düşük gerilimli zener / conducts both ways: resistor or low-voltage zener");
47    }
48  } else if (ab || ba) {
49    float vf = ab ? vAB : vBA;
50    Serial.print(ab ? "Anot A0 tarafında / anode on A0 side" : "Anot A1 tarafında / anode on A1 side");
51    Serial.print("  Vf = ");
52    Serial.print(vf, 3);
53    Serial.print(" V  -> ");
54    Serial.println(identify(vf));
55  } else {
56    Serial.println("İletim yok: açık devre ya da parça yok / no conduction: open circuit or no part");
57  }
58  delay(2000);
59}

Der Code setzt zuerst D2 auf HIGH und D3 auf LOW und misst die Differenz zwischen A0 und A1, dann wiederholt er das in Gegenrichtung. Wird nur in einer Richtung eine niedrige Spannung gemessen, ist das Bauteil eine Diode, und diese Richtung zeigt, wo die Anode liegt; unter 0,40 V gilt sie als Schottky, bis 1 V als Silizium und darüber als LED. Ein Wert nahe null in beiden Richtungen bedeutet Kurzschluss, etwa 5 V in beiden Richtungen bedeuten, dass nichts leitet. Die Ergebnisse siehst du im seriellen Monitor bei 9600 Baud; für genauere Werte misst du den 5V-Pin mit dem Multimeter und trägst den Wert bei VREF ein. Mit einer 1N4148 siehst du einen Wert um Vf = 0.640 V und das Ergebnis „silicon diode“.

ESP32: Analogeingang mit Schottkydioden schützen

Die Pins des ESP32 vertragen nur 3,3 V, die absolute Grenze liegt bei etwa 3,6 V. Um eine 12-V-Batterie zu messen, teilst du die Spannung zuerst mit einem Spannungsteiler herunter: Plus der Batterie über 100 kΩ an GPIO 34 und GPIO 34 über 22 kΩ an GND. Mit diesem Verhältnis werden aus 12,6 V am Pin etwa 2,27 V. Doch was ist mit den Spannungsspitzen, die beim Laden der Batterie oder bei laufendem Motor entstehen? Hier wirken zwei kleine Schottkydioden wie ein Sicherheitsnetz: eine vom Pin nach 3V3 (Kathode an 3V3), die andere von GND zum Pin (Kathode am Pin). Steigt die Pinspannung um mehr als etwa 0,3 V über 3,3 V oder fällt sie unter null, fließt der Überschuss über die Dioden ab, und der 100-kΩ-Widerstand hält diesen Strom klein.

1// ESP32 ile 12 V akü gerilimi ölçme, diyot korumalı giriş / 12 V battery voltage with ESP32, diode-protected input
2// Akü + -> 100 kΩ -> GPIO 34 -> 22 kΩ -> GND / battery + -> 100 kΩ -> GPIO 34 -> 22 kΩ -> GND
3// Schottky 1: anot GPIO 34, katot 3V3 / anode GPIO 34, cathode 3V3
4// Schottky 2: anot GND, katot GPIO 34 / anode GND, cathode GPIO 34
5const int SENSE_PIN = 34;                     // yalnızca giriş, ADC1 / input only, ADC1
6const float RATIO = (100.0 + 22.0) / 22.0;    // bölücü oranı yaklaşık 5,55 / divider ratio about 5.55
7
8void setup() {
9  Serial.begin(115200);
10}
11
12void loop() {
13  uint32_t sum = 0;
14  for (int i = 0; i < 32; i++) {
15    sum += analogReadMilliVolts(SENSE_PIN);   // kalibre edilmiş mV / calibrated millivolts
16    delay(2);
17  }
18  float pinV = sum / 32.0 / 1000.0;           // pindeki gerilim / voltage on the pin
19  float batteryV = pinV * RATIO;              // akü gerilimi / battery voltage
20  Serial.printf("Pin: %.3f V  Akü / battery: %.2f V\n", pinV, batteryV);
21  if (batteryV < 11.8) {
22    Serial.println("Akü zayıf / battery low");
23  }
24  delay(1000);
25}

Raspberry Pi Pico: Temperatur mit einer Diode messen (MicroPython)

Erinnerst du dich, dass die Durchlassspannung einer Diode pro °C um etwa 2 mV sinkt? Der eingebaute Temperatursensor des Raspberry Pi Pico arbeitet genau nach diesem Prinzip: Laut RP2040-Datenblatt misst der Sensor auf dem Chip die Spannung einer vorgespannten Bipolardiode; sie beträgt bei 27 °C typischerweise 0,706 V und sinkt um 1,721 mV pro Grad. Dasselbe klappt mit einer externen 1N4148: Verbinde den 3V3-Pin über einen 10-kΩ-Widerstand mit GP26 und der Anode der Diode, die Kathode mit GND. Durch die Diode fließen etwa 0,27 mA, und die Spannung an GP26 ändert sich mit der Temperatur.

1# Pico: diyotla sıcaklık ölçümü / Temperature measurement with a diode
2# 3V3 -> 10 kΩ -> GP26 + 1N4148 anodu / anode, katot / cathode -> GND
3from machine import ADC
4import time
5
6chip = ADC(4)        # yonga içindeki sıcaklık diyodu / on-chip temperature diode
7diode = ADC(26)      # GP26 (ADC0): harici 1N4148 / external 1N4148
8CONV = 3.3 / 65535   # read_u16 değerini volta çevirir / converts read_u16 to volts
9
10# Kalibrasyon: oda sıcaklığındaki değerlerini yaz / Calibration: enter your room-temperature values
11T0 = 22.0            # termometredeki sıcaklık (°C) / thermometer reading (°C)
12V0 = 0.600           # o sıcaklıkta diyot gerilimi (V) / diode voltage at that temperature (V)
13SLOPE = -0.002       # 1N4148 için yaklaşık -2 mV/°C / about -2 mV/°C for a 1N4148
14
15def average_voltage(adc, n=64):
16    total = 0
17    for _ in range(n):
18        total += adc.read_u16()
19    return total / n * CONV
20
21while True:
22    v_chip = average_voltage(chip)
23    t_chip = 27 - (v_chip - 0.706) / 0.001721    # RP2040 veri sayfası formülü / RP2040 datasheet formula
24    v_diode = average_voltage(diode)
25    t_diode = T0 + (v_diode - V0) / SLOPE
26    print("Yonga / chip: {:.1f} °C   Diyot / diode: {:.3f} V -> {:.1f} °C".format(t_chip, v_diode, t_diode))
27    time.sleep(1)

Lies beim ersten Start die Raumtemperatur an einem Thermometer ab und trage die angezeigte Diodenspannung bei V0 und den Thermometerwert bei T0 ein. Da jede Diode eine etwas andere Spannung hat, ist diese Einpunkt-Kalibrierung unverzichtbar. Halte die Diode dann zwischen den Fingern: Innerhalb weniger Sekunden siehst du, wie die Spannung sinkt und die Temperatur steigt. Der Sensor auf dem Chip wird auch von der Eigenerwärmung der Platine beeinflusst; beides sind also keine Präzisionsthermometer, sondern lehrreiche Experimente, die das Prinzip zeigen. Für echte Messungen nimm einen digitalen Sensor wie den DS18B20.

Projektideen mit Dioden

• Diodentester mit LCD: Kombiniere den obigen Code mit einem I2C-LCD, damit Typ und Durchlassspannung sofort beim Einstecken erscheinen.
• Versorgung mit Batterie-Backup: Verbinde USB und einen Akkupack über zwei Schottkydioden, damit der Arduino beim Abziehen des USB-Kabels unterbrechungsfrei aus der Batterie weiterläuft.
• Tastenfeld ohne Geistertasten: Setze bei einer selbstgebauten Tastenmatrix an jede Taste eine 1N4148, damit beim gleichzeitigen Drücken mehrerer Tasten keine falsche Taste erkannt wird. Wie das Matrix-Scanning funktioniert, steht in Keypad mit Arduino.
• LEDs mit Charlieplexing: Nutze aus, dass LEDs nur in eine Richtung leiten, und steuere mit nur 3 Pins 6 LEDs oder mit 4 Pins 12 LEDs.
• Automatische Bewässerung: Steuere die Pumpe über ein Relais und schütze sie mit einer Freilaufdiode; zur Feuchtemessung siehe Bodenfeuchtesensor.
• Solarladung: Setze eine Schottky-Sperrdiode zwischen Solarpanel und Akku, damit sich der Akku nachts nicht über das Panel entlädt.

Häufige Fehler und ihre Lösungen

Die Diode gehört zu den unscheinbarsten und zugleich fleißigsten Bauteilen der Elektronik: Sie lenkt den Strom in eine Richtung, schützt deine Schaltung, macht aus Wechselspannung Gleichspannung und leuchtet als LED. Wenn du dir angewöhnst, die Polung am Ring abzulesen, den Spannungsverlust einzurechnen und induktiven Lasten eine Freilaufdiode zu spendieren, gehen in deinen Projekten deutlich weniger Bauteile kaputt. In der BlueGrays-App findest du LED-, Relais-, Motor- und Bewässerungsprojekte mit Schritt-für-Schritt-Schaltplänen und fertigem Code und siehst selbst, wo Dioden in echten Schaltungen sitzen.