Andere Diodentechnologien

Varicap- oder Varactor-Dioden

Eine Diode mit variabler Kapazität ist als Varicap-Diode bekannt oder als Varaktor . Wird eine Diode in Sperrrichtung vorgespannt, bildet sich zwischen den beiden halbleitenden Schichten ein isolierender Verarmungsbereich. Bei vielen Dioden kann die Breite des Verarmungsbereichs durch Variieren der Sperrspannung geändert werden. Dies variiert die Kapazität. Dieser Effekt wird bei Varicap-Dioden verstärkt. Die schematischen Symbole sind in der Abbildung unten dargestellt, von denen eines als Doppeldiode mit gemeinsamer Kathode verpackt ist.

Varicap-Diode:Die Kapazität variiert mit der Sperrspannung. Dies variiert die Frequenz eines Resonanznetzwerks.

Wenn eine Varicap-Diode wie in der Abbildung oben Teil eines Resonanzkreises ist, kann die Frequenz mit einer Steuerspannung Vcontrol variiert werden. Eine große Kapazität mit niedrigem Xc in Reihe mit der Varicap verhindert, dass Vcontrol durch die Induktivität L kurzgeschlossen wird. Solange der Reihenkondensator groß ist, hat er minimale Auswirkungen auf die Frequenz des Resonanzkreises. Mit Coptional kann die Mittenresonanzfrequenz eingestellt werden. Vcontrol kann dann die Frequenz um diesen Punkt variieren. Beachten Sie, dass die erforderliche aktive Schaltung, um das Resonanznetzwerk zum Schwingen zu bringen, nicht gezeigt ist. Ein Beispiel für einen mit Varicap-Dioden abgestimmten AM-Radioempfänger finden Sie unter „elektronische Varicap-Dioden-Abstimmung“, Kapitel 9

Einige Varicap-Dioden können als abrupt, hyperabrupt oder superhyperabrupt bezeichnet werden. Diese beziehen sich auf die Änderung der Sperrschichtkapazität bei sich ändernder Sperrspannung als abrupt oder hyperabrupt oder superhyperabrupt. Diese Dioden bieten eine relativ große Kapazitätsänderung. Dies ist nützlich, wenn Oszillatoren oder Filter über einen großen Frequenzbereich gesweept werden. Variiert man die Vorspannung von abrupten Varicaps über die Nenngrenzen hinaus, ändert sich die Kapazität im Verhältnis 4:1, hyperabrupt um 10:1, superhyperabrupt um 20:1.

Varactor-Dioden können in Frequenzvervielfacherschaltungen verwendet werden. Siehe „Praktische analoge Halbleiterschaltungen“, Varactor-Multiplikator

Snap-Diode

Die Schnappdiode , auch bekannt als Stufenfreilaufdiode ist für den Einsatz in Hochfrequenz-Frequenzvervielfachern bis 20 GHz ausgelegt. Wenn die Diode in Durchlassrichtung vorgespannt ist, wird Ladung im PN-Übergang gespeichert. Diese Ladung wird abgezogen, wenn die Diode in Sperrrichtung vorgespannt wird. Die Diode sieht während der Vorwärtsspannung wie eine Stromquelle mit niedriger Impedanz aus. Wenn eine Sperrspannung angelegt wird, sieht es immer noch wie eine Quelle mit niedriger Impedanz aus, bis die gesamte Ladung abgezogen ist. Es „schnappt“ dann in einen hochohmigen Zustand und verursacht einen Spannungsimpuls, der reich an Oberwellen ist. Eine Anwendung ist ein Kammgenerator, ein Generator vieler Oberwellen. Multiplikatoren mit mittlerer Leistung 2x und 4x sind eine weitere Anwendung.

PIN-Dioden

Eine PIN-Diode ist eine schnelle Schaltdiode mit niedriger Kapazität. Verwechseln Sie eine PIN-Schaltdiode nicht mit einer PIN-Fotodiode. Eine PIN-Diode wird wie eine Silizium-Schaltdiode hergestellt, wobei zwischen den PN-Übergangsschichten ein intrinsischer Bereich hinzugefügt wird. Dies ergibt einen dickeren Verarmungsbereich, die Isolierschicht am Übergang einer in Sperrrichtung vorgespannten Diode. Dies führt zu einer geringeren Kapazität als eine in Sperrrichtung vorgespannte Schaltdiode.

Pin-Diode:Querschnitt am Schaltplansymbol ausgerichtet.

PIN-Dioden werden anstelle von Schaltdioden in Hochfrequenz-(RF)-Anwendungen verwendet, beispielsweise in einem T/R-Schalter. Die 1n4007 1000 V, 1 A Allzweck-Leistungsdiode soll als PIN-Schaltdiode verwendet werden. Die hohe Nennspannung dieser Diode wird durch die Einbeziehung einer intrinsischen Schicht erreicht, die den PN-Übergang teilt. Diese intrinsische Schicht macht den 1n4007 zu einer PIN-Diode. Eine weitere PIN-Dioden-Anwendung ist hier der Antennenschalter für einen Peilempfänger.

PIN-Dioden dienen als variable Widerstände, wenn die Vorwärtsspannung variiert wird. Eine solche Anwendung ist das spannungsvariable Dämpfungsglied. Die niedrige Kapazitätseigenschaft von PIN-Dioden erweitert das frequenzflache Ansprechverhalten des Dämpfungsglieds auf Mikrowellenfrequenzen.

IMPATT-Diode

Die IMPact Avalanche Transit Time Diode ist ein Hochleistungs-Hochfrequenzgenerator (RF) mit einem Betriebsbereich von 3 bis 100 GHz. IMPATT-Dioden werden aus Silizium, Galliumarsenid oder Siliziumkarbid hergestellt.

Eine IMPATT-Diode wird oberhalb der Durchbruchspannung in Sperrrichtung vorgespannt. Die hohen Dotierungsniveaus erzeugen einen dünnen Verarmungsbereich. Das resultierende hohe elektrische Feld beschleunigt schnell Ladungsträger, die bei Kollisionen mit dem Kristallgitter andere Ladungsträger freisetzen. Löcher werden in die P+-Region gefegt. Elektronen driften in Richtung der N-Regionen. Der Kaskadeneffekt erzeugt einen Lawinenstrom, der selbst dann zunimmt, wenn die Spannung am Übergang abnimmt. Die Stromimpulse eilen der Spannungsspitze an der Verbindung nach. Ein „negativer Widerstand“-Effekt in Verbindung mit einem Resonanzkreis erzeugt Schwingungen bei hohen Leistungspegeln (bei Halbleitern hoch).

IMPATT-Diode:Oszillatorschaltung und stark dotierte P- und N-Schichten.

Der Resonanzkreis im Schaltplan der obigen Abbildung ist das konzentrierte Schaltungsäquivalent eines Wellenleiterabschnitts, in dem die IMPATT-Diode montiert ist. Eine DC-Sperrvorspannung wird über eine Drossel angelegt, die verhindert, dass HF in der Vorspannungsversorgung verloren geht. Dies kann ein Abschnitt eines Wellenleiters sein, der als Bias-T-Stück bekannt ist. RADAR-Sender mit geringer Leistung können eine IMPATT-Diode als Stromquelle verwenden. Sie sind zu laut für den Einsatz im Receiver. [YMCW]

Gunn-Diode

Diode, gunn Gunn-Diode

Eine Kanonendiode besteht ausschließlich aus Halbleitern vom N-Typ. Als solche ist es keine echte Diode. Die Abbildung unten zeigt eine schwach dotierte N- Schicht umgeben von stark dotiertem N+ Schichten. Eine an die Galliumarsenid-Gunn-Diode vom N-Typ angelegte Spannung erzeugt ein starkes elektrisches Feld über der leicht dotierten N-Schicht.

Gunn-Diode:Oszillatorschaltung und Querschnitt nur einer N-Typ-Halbleiterdiode.

Wenn die Spannung erhöht wird, erhöht sich die Leitung aufgrund von Elektronen in einem Leitungsband niedriger Energie. Wenn die Spannung über den Schwellenwert von ungefähr 1 V erhöht wird, bewegen sich Elektronen vom unteren Leitungsband in das höhere Energieleitungsband, wo sie nicht mehr zur Leitung beitragen. Mit anderen Worten, wenn die Spannung ansteigt, nimmt der Strom ab, ein negativer Widerstandszustand. Die Schwingungsfrequenz wird durch die Laufzeit der Leitungselektronen bestimmt, die umgekehrt proportional zur Dicke der N-Schicht ist.

Die Frequenz kann bis zu einem gewissen Grad durch Einbetten der Gunn-Diode in einen Resonanzkreis gesteuert werden. Das in der Abbildung oben gezeigte konzentrierte Schaltungsäquivalent ist eigentlich eine koaxiale Übertragungsleitung oder ein Wellenleiter. Galliumarsenid-Gunn-Dioden sind für den Betrieb von 10 bis 200 GHz bei 5 bis 65 MW Leistung erhältlich. Gunn-Dioden können auch als Verstärker dienen. [CHW] [IAP]

Shockley-Diode

Die Shockley-Diode ist ein 4-Schicht-Thyristor zum Zünden größerer Thyristoren. Es leitet nur in eine Richtung, wenn es durch eine Spannung ausgelöst wird, die die Knickspannung überschreitet , etwa 20 V. Siehe „Thyristoren“, The Shockley Diode. Die bidirektionale Version heißt diac . Siehe „Thyristoren“, The DIAC.

Konstantstromdioden

Eine Konstantstromdiode , auch bekannt als strombegrenzende Diode , oder stromregulierende Diode , tut genau das, was sein Name sagt:Es regelt den Strom durch ihn auf ein bestimmtes Maximum. Die Konstantstromdiode ist eine zweipolige Version eines JFET. Wenn wir versuchen, mehr Strom durch eine Konstantstromdiode als ihren Stromregelpunkt zu zwingen, „wehrt“ sie sich einfach, indem sie mehr Spannung absenkt. Wenn wir die Schaltung in Abbildung (a) unten (a) aufbauen und den Diodenstrom gegen die Diodenspannung aufzeichnen würden, erhalten wir einen Graphen, der zuerst ansteigt und dann am Stromregelpunkt wie in Abbildung (b) unten abflacht (b).

Konstantstromdiode:(a) Testschaltung, (b) Strom-Spannungs-Kennlinie.

Eine Anwendung für eine Konstantstromdiode ist die automatische Begrenzung des Stroms durch eine LED oder Laserdiode über einen weiten Bereich von Versorgungsspannungen, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Konstantstrom-Diodenanwendung:Ansteuernde Laserdiode.

Natürlich sollte der Regelpunkt der Konstantstromdiode so gewählt werden, dass er dem optimalen Durchlassstrom der LED oder Laserdiode entspricht. Dies ist besonders wichtig für die Laserdiode, nicht so sehr für die LED, da normale LEDs tendenziell toleranter gegenüber Durchlassstromschwankungen sind.

SiC-Dioden

Aus Siliziumkarbid hergestellte Dioden sind für den Hochtemperaturbetrieb bis 400 °C geeignet. Dies kann in einer Umgebung mit hohen Temperaturen geschehen:Bohrlochvermessung, Gasturbinenmotoren, Automotoren. Oder Betrieb in einer gemäßigten Umgebung mit hoher Verlustleistung. Nuklear- und Raumfahrtanwendungen sind vielversprechend, da SiC im Vergleich zu Silizium 100-mal widerstandsfähiger gegen Strahlung ist. SiC ist ein besserer Wärmeleiter als jedes Metall. Somit leitet SiC Wärme besser ab als Silizium. Die Durchschlagspannung beträgt mehrere kV. Es wird erwartet, dass SiC-Leistungsgeräte die elektrischen Energieverluste in der Energiewirtschaft um den Faktor 100 reduzieren.

Polymerdiode

Dioden auf Basis organischer Chemikalien wurden unter Verwendung von Niedertemperaturprozessen hergestellt. Lochreiche und elektronenreiche leitfähige Polymere können in Schichten tintenstrahlgedruckt werden. Der Großteil der Forschung und Entwicklung bezieht sich auf die organische LED (OLED). Die Entwicklung kostengünstiger druckbarer organischer RFID-Tags (Radio Frequency Identification) ist jedoch im Gange. Dabei wurde ein organischer Pentacen-Gleichrichter mit 50 MHz betrieben. Die Gleichrichtung auf 800 MHz ist ein Entwicklungsziel. Ein preiswertes Metallisolatormetall (MIM)-Diode, die wie ein Back-to-Back-Zener-Dioden-Clipper wirkt, wurde entwickelt. Außerdem wurde eine Tunneldioden-ähnliche Vorrichtung hergestellt.