Erstellt irgendwann vor 2006
Funktionsweise
Wie schon erwähnt schützt diese Diode die Halbleiterschichten der Transistoren im ULN2803. Doch was geschieht nun genauer im Stromkreis mit Spulen? Auf dieser Seite hoffe ich die Zusammenhänge von Spulen in Schaltungen und deren Wirkungsweise und auch Schaltmetoden (Relais über Transistor) zu veranschaulichen.
Grundlegendes zu einer Spule: Spulen sind in Gleichstromkreisen meistens wenig vertreten, da sie in solchen meist nur als Elektromagneten auftauchen. Erst im Wechselstromkreis zeigen sie, was eigentlich mit ihnen zu machen ist. Wie man weiß haben Spulen einen Gewissen Widerstand - z.B. im Lautsprecher 2,4, oder 8 Ohm. Wird beispielsweise vor eine Lampe eine Spule gesetzt, so kann man erkennen, dass beim Anlegen der Spannung die Lampe erst nach kurzer Zeit zu glühen beginnt (d.h. der Strom nimmt erst mit der Zeit zu). Dasselbe lässt sich nun auch beim Trennen der Spannung feststellen, nur in der anderen Richtung - die Lampe erlischt langsam, was bedeutet es ist noch eine gewisse Ladung in ihr vorhanden. Daraus lässt sich nun schon erkennen, was im Wechselstromkreis passiert: Da hier die Polung immer wechselt fließt immer ein entgegengesetzter Strom und somit wird auch mit steigender Frequenz der Widerstand höher (da ja dann die Perioden, in denen der entgegengesetzte Strom fließt etwa genauso lang wird, wie die des Wechselstroms). Ebenso ist bekannt, dass durch magnetische Einwirkungen auf die Spule ein Strom induziert wird (z.B. ein Mikrofon, Kassetten- oder Schallplattenspieler arbeiten auf diese Weise; ein, wenn auch schwaches, Magnetfeld induziert eine Spannung in der Spule, die dann verstärkt wird und über die Lautsprecher hörbar ist). Aber auch die Spule induziert in ihr selbst einen Strom, der dann beim plötzlichen Abbauen des vorher aufgebauten Magnetfeldes zusammen mit dem sowieso vorhandenen "Nachlaufstrom" meist weit über die Betriebsspannung hinaus schießt. Und genau dieser entgegen der Stromrichtung fließende Strom kann Halbleiter, wie ein Transistor, der die Spule schalten soll, zerstören (siehe Bild unten).
Bei Ub kommt die Versorgungsspannung. Sie wird dann über die Spule L (z.B. von einem Relais) und den Transistor nach Masse durchgeschaltet. Das "Einschalten" stellt noch kein Problem dar, da ja wie vorher gesagt der Stromfluss durch eine Spule erst langsam ansteigt. Doch wenn der Transistor sperrt, dann tritt der Effekt mit der deutlich höheren Spannung auf, die zudem noch entgegen gesetzt der Versorgungsspannung gepolt ist (d.h. die Spule kann jetzt als eigene Stromquelle angesehen
werden) und den Transistor leicht durchschlagen lassen kann (siehe orange Polungszeichen). Jetzt tritt die Diode D in Kraft, die ja jetzt in Flussrichtung geschaltet ist und leitet den Strom ab. Somit ist der
Transistor geschützt. Die Diode muss natürlich entsprechend dimensioniert sein, damit sie nicht selber zerstört wird.
Das eben erwähnte geschieht nun auch bei einem Schrittmotor, nur mit dem Unterschied, dass die Spule nicht nur selber diese gefährliche Spannung induziert, sondern auch noch der Magnet, durch den der Motor ja vorgetrieben wird. Daher werden viele dieser Verstärkerbausteine (wie die ULN-Serie oder der beim bipolaren Schrittmotor erwähnte L293D) bereits mit dieser Freilaufdiode geliefert.