Eine Diode ist ein nicht – linearer Bauteil. Dies wird im folgenden Graph durch die Tatsache, dass die Strom – Spannungslinie nicht linear verläuft, veranschaulicht.

 

Im vorderen Bereich des Graphs wird die Spannung, bei der die Stromstärke markant ansteigt, Schwellenspannung genannt.

Die Untersuchung eines Diodenschaltkreises beschränkt sich üblicherweise darauf, zu bestimmen, ob die Diodenspannung höher oder niedriger als die Schwellenspannung ist. Die Schwellenspannung für eine Silikondiode beträgt  0.7 Volt, und für eine Germanium Diode 0.3 Volt.

Wenn die Schwellenspannung höher ist, leitet die Diode gut

Wenn die Schwellenspannung niedrig ist, leitet die Diode schlecht

Das Verhalten einer Halbleiterdiode in einem Schaltkreis wird durch ihre Strom – Spannungscharakteristika, oder den V - Graph, bestimmt. Die Form der Kurve wird durch den Transport von Ladungsträgern durch die sogenannte Sperrschicht, die an der p-n Kreuzung zwischen unterschiedlichen Halbleitern liegt, bestimmt. Wenn eine p-n Kreuzung gebaut wird, diffundieren Leitungs (mobile)- Elektronen aus der n – dotierten Region in die p – dotierte Region, wo es eine große Anzahl von Löchern gibt (freie Plätze für Elektronen), mit denen sich die Elektronen „wiedervereinigen“. Wenn sich ein mobiles Elektron mit einem Loch verbindet, verschwinden sowohl Loch als auch Elektron, und hinterlassen einen unbeweglichen, positiv geladenen Dopanten auf der n- Seite, und einen negativ geladenen Dopanten auf der p – Seite. Die Gegend um die p-n Kreuzung wird aller Ladungsträger beraubt, und kann somit als Isolator fungieren.

Aber die Breite der Verarmungsregion (depletion width) kann nicht unbegrenzt ansteigen; Für jedes rekombinierte Elektron- Loch Paar bleibt ein positiv geladener Dopant in der n- dotierten Region, und ein negativ geladener Dopant in der p- dotierten Region zurück. Während die Rekombination voranschreitet entstehen mehr Ionen, und es entsteht ein sich vergrößerndes elektrisches Feld in der  Verarmungszone, welches den Prozess der Rekombination zuerst verlangsamt und schließlich ganz stoppt. An diesem Punkt entsteht ein diodentypisches Spannungspotenzial in der gesamten Verarmungszone.

Wenn von außen Spannung mit derselben Polarität wie die des diodentypischen Potenzials an die Diode angelegt wird, fungiert die Verarmungszone weiterhin als Isolator, der jeden signifikanten elektrischen Stromfluss verhindert (außer Elektron/ Loch Paare werden in der Kreuzung durch, zum Beispiel, Licht aktiv gebildet… siehe Photodiode) Dieses Phänomen nennt man Sperrvorspannung. Wenn jedoch die Polarität der angelegten externen Spannung der des diodentypischen Potenzials entgegengesetzt ist, kann die Rekombination erneut voranschreiten, was in einem bedeutenden Stromfluss durch die p-n Kreuzung resultiert (d.h. eine erhebliche Anzahl von Elektronen und Löchern rekombinieren an der Kreuzung). Bei Silikondioden liegt das „built-in“ Potenzial bei ungefähr 0.7 V (0.3 V bei Germanium and 0.2 V bei Schottky). Wenn also externer Strom durch die Diode geleitet wird, werden 0.7 V so über die Diode verteilt, dass die p-dotierte Region positiv gegenüber der n-dotierten Region ist, und dass die Diode “eingeschaltet” ist.

Bei einer sehr großen Sperrvorspannung, die die Maximalspannung überschreitet, geschieht ein Prozess, der Durchbruch in Rückwärtsrichtung genannt wird, und der einen großen Stromanstieg verursacht (d.h. eine große Anzahl von Elektronen und Löchern, die sich von der p-n Kreuzung entfernen, entsteht), der wiederum das Gerät dauerhaft zerstört. Die Lawinendiode wurde spezifisch für den Einsatz in der Lawinenregion konzipiert. Bei der Zener Diode gilt das PIV – Konzept nicht. Eine Zener Diode beinhaltet eine hoch dotierte p-n Kreuzung, die es Elektronen erlaubt, vom Valenzband des p-Typ Materials zum Leitungsband des n- Typ Materials zu wechseln, so dass die Sperrspannung auf einem bekannten Wert (Zener Spannung) niedrig gehalten wird, und keine Lawinen passieren können. Aber beide Bauteile haben ihre Grenzen hinsichtlich maximaler Stromstärke und Leistung in der geklemmten Sperrspannungsregion. Darüber hinaus gibt es einen umgekehrten Stromfluss nach dem Ende der Vorwärtsleitung in jeder Diode. Der Bauteil erreicht nicht seine volle Blockierkapazität bis der Sperrstrom/ Rückwärtsstrom versiegt.

Die zweite Region, sperrvorspannungsmäßig positiver als die PIV, hat nur einen geringen Sperrsättigungsstrom. Im Sperrvorspannungsbereich einer normalen p-n Halbleiter – Gleichrichter Diode ist der Durchflussstrom sehr niedrig (im µA Bereich). Das hängt allerdings von der Temperatur ab, und bei ausreichend hohen Temperaturen kann ein beachtliches Ausmaß an Sperrstrom beobachtet werden (mA oder mehr).

Der dritte Bereich ist vorwärts gerichtet, aber mit geringer Vorspannung, wo nur wenig Strom geleitet wird.

Die Strom – Spannungs - Kurve verläuft exponentiell. Bei einer normalen Silikondiode wird die frei wählbare Spannungsgrenze mit 0.6 bis 0.7 Volt festgelegt. Dieser Wert unterscheidet sich von anderen Diodentypen —Schottky Dioden können mit 0.2 V, Germanium Dioden von 0.25 bis 0.3 V beschränkt/ festgelegt werden, und Rot- oder Blaulichtdioden (LEDs) können Werte von 1.4 V  bzw. 4.0 V haben.

Bei größeren Stromstärken vergrößert sich der Spannungsabfall der Diode. Ein Abfall von 1 V bis 1.5 V ist typisch bei voller Belastung für Leistungsdioden.