Freilaufdiode oder Widerstand? So schützt du Schaltungen
Wenn du schon mal ein Relais oder einen kleinen Motor mit dem Mikrocontroller geschaltet hast, kennst du das vielleicht: Du schaltest den Ausgang aus – und plötzlich spinnt die Schaltung. Oder schlimmer: Der Controller stirbt still und leise.
Was passiert da?
Induktionsspannung – und zwar ordentlich.
Schuld ist das gute alte Lenz’sche Gesetz, das besagt:
„Eine Spule will den Strom beibehalten – und wehrt sich mit Spannung.“
Zum Glück gibt’s einfache Schutzmaßnahmen: die berühmte Freilaufdiode – oder in manchen Fällen auch ein Widerstand. In diesem Beitrag zeige ich dir, wann du welche Lösung einsetzen solltest, was genau passiert – und warum viele Tutorials dir nur die halbe Wahrheit sagen.
Warum entstehen bei Spulen Spannungsspitzen?
Wenn durch eine Spule Strom fließt, baut sie ein Magnetfeld auf. Schaltest du den Strom ab, bricht das Feld zusammen, und die Spule „drückt“ den Strom weiter durch die Schaltung – koste es, was es wolle.
Die Folge: kurzzeitig hohe Spannungen, oft viele 10 V oder sogar >100 V.
Diese Spannung sucht sich dann einen Weg – z. B. durch den Schalttransistor → RIP Transistor.
Die klassische Lösung: Freilaufdiode (auch „Freewheeling Diode“)
Die Freilaufdiode – in englischsprachigen Quellen oft als „freewheeling diode“ oder „flyback diode“ bezeichnet – wird antiparallel zur Spule geschaltet, also so, dass sie im Normalbetrieb sperrt, aber beim Abschalten leitend wird.
Sie leitet den Strom, den die Spule beim Abschalten noch „nachschiebt“, im Kreis durch die Spule zurück.
Vorteil: Die entstehende Spannungsspitze bleibt niedrig (nur etwa 0,7 V), die Energie wird „weich“ abgebaut, und empfindliche Bauteile wie Transistoren oder Mikrocontroller bleiben geschützt.
Aber Achtung: Die Schaltung schaltet langsamer ab!
Diese Sanftheit hat ihren Preis:
Der Stromfluss durch die Freilaufdiode sorgt dafür, dass das Magnetfeld langsamer zusammenbricht. Das kann bei Relais oder Motoren zu verzögertem Abschalten führen – was nicht immer erwünscht ist.
💡 Randnotiz für Fortgeschrittene:
Bei Transistor-Schaltungen mit hohen Schaltfrequenzen oder PWM ist die Freilaufdiode oft zu langsam. Hier werden stattdessen schnellere „Snubber“-Netzwerke oder Z-Dioden verwendet.
Alternative: Der Freilauf-Widerstand (R statt Freilaufdiode)
Gerade bei kleinen Relais oder Spulen kann auch ein Widerstand parallel zur Spule geschaltet werden. Dieser „verbrennt“ die Induktionsenergie in Wärme.
Vorteil:
Kein langsames Abschalten – das Magnetfeld kollabiert schnell.
Ideal für Anwendungen, wo schnelles Abschalten wichtig ist (z. B. präzise Steuerungen).
Nachteil:
Der Spannungspeak ist höher als bei der Diode.
Der Transistor muss ggf. mehr Spannung aushalten.
💡 Tipp:
Ein Widerstand mit 1 kΩ bei einem kleinen Relais reicht oft, um Spannungsspitzen zu begrenzen – ohne Verzögerung wie bei der Diode.
Diode oder Widerstand – was ist besser?
| Kriterium | Freilaufdiode | Widerstand (R) |
|---|---|---|
| Spannungsspitze | Sehr gering (0,7 V) | Mittel bis hoch |
| Abschaltverzögerung | Ja | Nein |
| Belastung für Transistor | gering | höher |
| Energieabbau | langsam & sanft | schnell & dissipativ |
| Baugröße & Preis | sehr klein & günstig | etwas größer, ebenfalls günstig |
Fazit
Für die meisten Hobbyanwendungen ist die klassische Freilaufdiode (freewheeling diode) die beste Lösung:
Einfach, sicher, bewährt.
Aber:
Wenn du schnelle Schaltungen baust, bei denen es aufs Timing ankommt, oder du sehr kleine Lasten hast, lohnt sich ein Blick auf den Freilaufwiderstand.
Beides hat seine Berechtigung – und genau das wird oft übersehen.
FAQ – Häufige Fragen
Was macht eine Freilaufdiode?
Sie schützt Schaltungen vor Induktionsspannung, indem sie den Strom einer Spule beim Abschalten im Kreis zurückleitet.
Warum darf ich keine Diode falsch rum anschließen?
Falsch herum = Kurzschluss. Immer so einbauen, dass sie im Betrieb sperrt und beim Abschalten leitet (Kathode an Plus).
Wann ist ein Widerstand besser als eine Freilaufdiode?
Wenn du schnelles Abschalten brauchst oder die Spule sehr wenig Energie speichert – z. B. bei kleinen Signalrelais.
Kann ich Diode und Widerstand kombinieren?
Ja, z. B. Diode + parallel dazu Widerstand → schützt UND beschleunigt. Oder Z-Diode für definierte Peakspannung.