Detektordiode

Die Hauptfunktion einer Detektordiode besteht darin, das niederfrequente Signal aus einem hochfrequenten Signal zu extrahieren. Sie sind als Punktkontaktdioden aufgebaut, was eine geringe Sperrschichtkapazität und den Betrieb bei hohen Frequenzen ermöglicht. Typischerweise bestehen sie aus Germanium. Prinzipiell wird der Prozess der Extraktion des Modulationssignals aus dem Eingangssignal als Detektion bezeichnet. Dioden mit einem Ausgangsstrom unter 100 mA werden als Detektordioden bezeichnet, wobei ein Gleichrichtungsstrom von 100 mA als Grenzwert gilt. Germanium-Punktkontaktdioden, wie beispielsweise der Typ 2AP, arbeiten bei Frequenzen bis zu 400 MHz und zeichnen sich durch einen geringen Durchlassspannungsabfall, eine kleine Sperrschichtkapazität, eine hohe Detektionseffizienz und gute Frequenzcharakteristik aus. Neben der Detektion können diese Dioden auch in Schaltungen zur Begrenzung, zum Clipping, zur Modulation, zur Mischung, zum Schalten und für weitere Funktionen eingesetzt werden. Für die FM-Detektion existieren zudem spezielle Kombinationen zweier Dioden mit übereinstimmenden Eigenschaften.

Gleichrichterdiode

Prinzipiell wird der Prozess der Umwandlung eines Wechselstroms in einen Gleichstrom (DC) als Gleichrichtung bezeichnet. Bei einem Gleichrichtungsstrom von 100 mA als Grenzwert werden Dioden mit einem Ausgangsstrom über 100 mA als Gleichrichterdioden bezeichnet. Sie besitzen eine planare Struktur, was zu einer größeren Sperrschichtkapazität führt, und werden üblicherweise unterhalb von 3 kHz eingesetzt. Die maximale Sperrspannung reicht von 25 V bis 3000 V und ist in 22 Klassen von A bis X unterteilt. Diese werden wie folgt klassifiziert: ① Silizium-Halbleiter-Gleichrichterdioden (Typ 2CZ), ② Silizium-Brückengleichrichter (Typ QL) und ③ Hochspannungs-Silizium-Stapeldioden, die in Fernsehgeräten mit einer Arbeitsfrequenz nahe 100 kHz verwendet werden (Typ 2CLG).

Clipping-Diode

Wenn eine Diode in Durchlassrichtung betrieben wird und leitet, bleibt ihre Durchlassspannung nahezu konstant (0.7 V bei Siliziumdioden und 0.3 V bei Germaniumdioden). Diese Eigenschaft wird in Schaltungen als Begrenzungselement genutzt, um die Signalamplitude auf einen bestimmten Bereich zu begrenzen. Die meisten Dioden eignen sich für diese Begrenzung. Es gibt auch spezielle Begrenzungsdioden, beispielsweise solche zum Schutz von Messgeräten und Hochfrequenz-Zenerdioden. Um die Begrenzung von Amplitudenspitzen zu verbessern, werden häufig Siliziumdioden eingesetzt. Es sind auch Bauteile erhältlich, die aus mehreren in Reihe geschalteten Gleichrichterdioden bestehen und je nach benötigter Begrenzungsspannung eine Einheit bilden.

Modulationsdiode

Dies bezieht sich typischerweise auf Dioden, die speziell für die Ringmodulation verwendet werden und aus vier Dioden mit gleichbleibender Durchlasskennlinie bestehen. Obwohl auch andere Varaktordioden Modulationsanwendungen finden, werden sie üblicherweise direkt zur Frequenzmodulation eingesetzt.

Mischdiode

Bei Diodenmischverfahren werden im Frequenzbereich von 500 Hz bis 10,000 Hz üblicherweise Schottky- und Punktkontaktdioden eingesetzt.

Verstärkungsdiode

Die Verstärkung mittels Dioden erfolgt im Allgemeinen durch Bauelemente mit negativem Widerstand wie Tunneldioden und Bulk-Effekt-Dioden sowie durch parametrische Verstärkung mit Varaktordioden. Daher bezieht sich der Begriff „Verstärkerdioden“ üblicherweise auf Tunneldioden, Bulk-Effekt-Dioden und Varaktordioden.

Schaltdiode

Eine Diode besitzt im Durchlassbetrieb einen sehr niedrigen Widerstand und leitet, ähnlich einem geschlossenen Schalter. Im Sperrbetrieb hingegen weist sie einen sehr hohen Widerstand auf und sperrt, vergleichbar mit einem offenen Schalter. Die Schaltcharakteristik von Dioden lässt sich für verschiedene Logikschaltungen nutzen. Es gibt Schaltdioden für Logikoperationen mit kleinen Strömen (um 10 mA) und solche für die Kernanregung mit Strömen im dreistelligen Milliamperebereich. Schaltdioden für kleine Ströme sind typischerweise Punktkontakt- und Schlüsseldioden. Für den Einsatz in Hochtemperaturumgebungen sind auch Siliziumdiffusions-, Mesa- und Planardioden erhältlich. Der Hauptvorteil von Schaltdioden liegt in ihrer hohen Schaltgeschwindigkeit. Schottky-Dioden zeichnen sich durch besonders kurze Schaltzeiten aus und sind daher ideale Schaltdioden. Punktkontaktdioden vom Typ 2AK werden für Schaltkreise mit mittlerer Schaltgeschwindigkeit eingesetzt, während Planardioden vom Typ 2CK für Schaltkreise mit hoher Schaltgeschwindigkeit verwendet werden. Sie werden auch in Schalt-, Begrenzungs-, Klemm- oder Detektionsschaltungen eingesetzt. Schottky-Silizium-Hochstrom-Schaltdioden (SBD) zeichnen sich durch geringen Durchlassspannungsabfall, hohe Schaltgeschwindigkeit und hohen Wirkungsgrad aus.

Varaktordiode

Varaktordioden sind Dioden mit geringer Leistung, die zur automatischen Frequenzregelung (AFC) und zum Abstimmen eingesetzt werden. Japanische Hersteller verwenden sie unter verschiedenen Bezeichnungen. Durch Anlegen einer Sperrspannung ändert sich die Sperrschichtkapazität der Diode. Daher finden sie Anwendung in Bereichen wie der automatischen Frequenzregelung, der Abtastoszillation, der Frequenzmodulation und der Abstimmung. Typischerweise werden sie aus Silizium mittels Diffusion hergestellt. Es kommen aber auch andere spezielle Typen wie Legierungsdiffusions-, Epitaxie- und Doppeldiffusionsdioden zum Einsatz, da diese eine besonders große Kapazitätsänderung mit der Spannung aufweisen. Die Sperrschichtkapazität variiert mit der Sperrspannung VR und ersetzt so variable Kondensatoren. Sie werden in Abstimmkreisen, Oszillatorschaltungen und Phasenregelschleifen (PLLs) verwendet. Häufig kommen sie in Hochfrequenzköpfen von Fernsehgeräten zur Kanalumsetzung und in Abstimmkreisen zum Einsatz und bestehen meist aus Silizium.

Frequenzvervielfacherdiode

Für die Frequenzvervielfachung mit Dioden gibt es zwei Arten: Frequenzvervielfachung mit Varaktordioden und Frequenzvervielfachung mit Stufen- (oder abrupten) Erholungsdioden. Varaktordioden zur Frequenzvervielfachung werden auch als Dioden mit variabler Reaktanz bezeichnet. Obwohl das Funktionsprinzip von Dioden mit variabler Reaktanz dem von Varaktordioden zur automatischen Frequenzregelung entspricht, können Reaktanzdioden höhere Leistungen verarbeiten. Stufen-Erholungsdioden, auch als Step-Recovery-Dioden bekannt, weisen beim Umschalten vom leitenden in den gesperrten Zustand eine kurze Sperrverzögerungszeit trr auf. Ihr Hauptvorteil liegt daher in der extrem kurzen Umschaltzeit beim schnellen Umschalten in den Sperrzustand. Wird an eine Stufen-Erholungsdiode eine Sinuswelle angelegt, wird die Ausgangswellenform aufgrund der kurzen Umschaltzeit tt abrupt abgeschnitten, was zur Entstehung zahlreicher hochfrequenter Oberwellen führt.

Zenerdiode

Diese Diode nutzt die Sperrkennlinie einer Diode, um eine nahezu konstante Spannung an ihren Anschlüssen aufrechtzuerhalten und so die Spannung in einem Stromkreis zu stabilisieren. Sie dient als Ersatz für spannungsstabilisierende elektronische Dioden. Es handelt sich um eine Diode mit einer steilen Sperrkennlinie. Sie wird als Steuer- und Referenzspannung eingesetzt. Die Betriebsspannung (auch Zener-Spannung genannt) der Diode liegt zwischen ca. 3 V und 150 V, wobei viele Typen in 10%-Schritten unterteilt sind. Die Leistung reicht von 200 mW bis über 100 W. Dioden, die im Sperrzustand arbeiten, bestehen aus Silizium und weisen einen sehr kleinen dynamischen Widerstand RZ auf. Typische Typen sind 2CW, 2CW56 usw. Zwei komplementäre, in Sperrrichtung in Reihe geschaltete Dioden zur Reduzierung des Temperaturkoeffizienten werden als 2DW-Typ bezeichnet.

Der Temperaturkoeffizient α einer Zenerdiode: α beschreibt die Änderung der Stabilisierungsspannung pro 1 °C Temperaturänderung. Dioden mit einer Stabilisierungsspannung unter 4 V weisen einen negativen Temperaturkoeffizienten auf (aufgrund des Zener-Durchbruchs), d. h. die Stabilisierungsspannung sinkt mit steigender Temperatur (Temperaturanstieg bewirkt, dass Valenzelektronen auf höhere Energieniveaus gelangen). Dioden mit einer Stabilisierungsspannung über 7 V haben einen positiven Temperaturkoeffizienten (aufgrund des Lawinendurchbruchs), d. h. die Stabilisierungsspannung steigt mit steigender Temperatur (Temperaturanstieg erhöht die Schwingungsamplitude der Atome und behindert so die Ladungsträgerbewegung). Dioden mit einer Stabilisierungsspannung zwischen 4 und 7 V weisen einen sehr kleinen, nahezu nullwertigen Temperaturkoeffizienten auf (sowohl Zener- als auch Lawinendurchbruch treten auf).

PIN-Diode

Dies ist eine Kristalldiode, die aus einem intrinsischen Halbleiter (oder einem Halbleiter mit geringer Dotierungskonzentration) zwischen den P- und N-dotierten Bereichen besteht. Das „I“ in PIN steht für „intrinsisch“. Bei Betriebsfrequenzen über 100 MHz verliert die Diode aufgrund des Speichereffekts von Minoritätsträgern und der Transitzeit im intrinsischen Bereich ihre Gleichrichterwirkung und wird zu einem Impedanzelement, dessen Impedanzwert sich mit der Vorspannung ändert. Bei Nullspannung oder Sperrspannung ist die Impedanz des intrinsischen Bereichs sehr hoch; bei Durchlassspannung weist dieser aufgrund der Injektion von Ladungsträgern einen niedrigen Impedanzzustand auf. Daher kann eine PIN-Diode als Element mit variabler Impedanz eingesetzt werden. Sie findet häufig Anwendung in Hochfrequenzschaltungen (Mikrowellenschaltungen), Phasenverschiebungs-, Modulations-, Begrenzungs- und anderen Schaltungen.

Lawinendiode

Dies ist ein Transistor, der unter dem Einfluss einer angelegten Spannung hochfrequente Schwingungen erzeugen kann. Das Funktionsprinzip der Erzeugung hochfrequenter Schwingungen ist folgendes: Durch Lawinendurchbruch werden Ladungsträger in den Kristall injiziert. Da die Transitzeit der Ladungsträger durch den Wafer endlich ist, eilt der Strom der Spannung nach, was zu einer Verzögerung führt. Durch geeignete Steuerung der Transitzeit können hochfrequente Schwingungen erzeugt werden.

Tunneldiode

Die Tunneldiode ist eine Kristalldiode, deren Hauptstromkomponente der Tunnelstrom ist. Ihre Basismaterialien sind Galliumarsenid und Germanium. Die p- und n-dotierten Bereiche sind hochdotiert (d. h. mit hohen Konzentrationen an Fremdatomen). Der Tunnelstrom wird durch quantenmechanische Effekte dieser entarteten Halbleiter erzeugt. Das Auftreten des Tunneleffekts erfordert drei Bedingungen: ① Das Fermi-Niveau liegt innerhalb des Leitungs- und Valenzbandes; ② Die Raumladungszone muss sehr schmal sein (weniger als 0.01 Mikrometer); es besteht die Möglichkeit einer Überlappung der Energieniveaus von Löchern im p-dotierten Bereich und Elektronen im n-dotierten Bereich des entarteten Halbleiters. Die Tunneldiode ist ein aktives Bauelement mit zwei Anschlüssen. Ihr wichtigster Parameter ist das Verhältnis von Spitzenstrom zu Talstrom (IP/PV), wobei der Index „P“ für „Spitze“ und der Index „V“ für „Tal“ steht. Die Tunneldiode kann in rauscharmen Hochfrequenzverstärkern und Hochfrequenzoszillatoren (mit Betriebsfrequenzen bis in den Millimeterwellenbereich) sowie in Hochgeschwindigkeitsschaltkreisen eingesetzt werden.

Stufenwiederherstellungsdiode

Auch dies ist eine Diode mit einem PN-Übergang. Ihr strukturelles Merkmal ist eine steile Dotierungskonzentration an der PN-Übergangsgrenze, die ein „selbsterhaltendes elektrisches Feld“ erzeugt. Da der PN-Übergang unter Vorwärtsspannung mit Minoritätsträgern leitet und in der Nähe des PN-Übergangs ein Ladungsspeichereffekt auftritt, benötigt der Sperrstrom eine gewisse Zeit, um auf seinen Minimalwert (den Sperrsättigungsstrom) abzusinken. Das „selbsterhaltende elektrische Feld“ der Stufenrückgewinnungsdiode verkürzt diese Zeit, wodurch der Sperrstrom schnell absinkt und reichhaltige Oberwellen erzeugt werden. Diese Oberwellen können zur Erzeugung von Kammfrequenzen genutzt werden. Die Stufenrückgewinnungsdiode findet Anwendung in Impuls- und Oberwellenschaltungen.

Schottky-Barrierediode

Dies ist eine Diode mit einem Metall-Halbleiter-Übergang (MIS-Schottky-Dioden) und weist eine geringe Durchlassspannung auf. Die Metallschicht kann aus Materialien wie Gold, Molybdän, Nickel oder Titan bestehen. Als Halbleitermaterial wird typischerweise Silizium oder Galliumarsenid verwendet, meist in Form von N-Halbleitern. Da diese Diode mit Majoritätsträgern leitet, ist ihr Sperrstrom deutlich höher als der einer PN-Übergangsdiode, die mit Minoritätsträgern leitet. Aufgrund des minimalen Speichereffekts von Minoritätsträgern in Schottky-Dioden wird ihr Frequenzgang nur durch die RC-Zeitkonstante begrenzt. Dies macht sie zu einem idealen Bauelement für Hochfrequenz- und schnelle Schaltanwendungen. Ihre Betriebsfrequenz kann bis zu 100 GHz erreichen. Darüber hinaus können MIS-Schottky-Dioden zur Herstellung von Solarzellen oder Leuchtdioden eingesetzt werden. Sie kann auch als Freilaufdiode dienen und so die Freilauffunktion in induktiven Lasten wie Induktoren in Schaltnetzteilen und Relais gewährleisten.

Dämpfungsdiode

Dämpfungsdioden werden häufig in Hochfrequenz-Spannungsschaltungen eingesetzt. Sie zeichnen sich durch eine hohe Sperrspannung und einen hohen Spitzenstrom bei geringem Durchlassspannungsabfall aus. Diese Hochfrequenz-Hochspannungs-Gleichrichterdioden dienen der Dämpfung und Spannungsverstärkung im Horizontalabtastkreis von Fernsehgeräten. Gängige Dämpfungsdioden sind beispielsweise 2CN1, 2CN2 und BSBS44.

Überspannungsschutzdiode

Die TVP-Diode bietet einen schnellen Überspannungsschutz für Schaltungen. Sie ist sowohl in bipolarer als auch in unipolarer Ausführung erhältlich und wird nach Spitzenleistung (500 W – 5000 W) und Spannung (8.2 V – 200 V) klassifiziert.

Doppelbasisdiode (Einkristalltransistor)

Es handelt sich um ein Bauelement mit drei Anschlüssen und negativem Widerstand, bestehend aus zwei Basen und einem Emitter. Es wird in Relaxationsoszillatorschaltungen und Schaltungen zur Zeitmessung von Spannungen eingesetzt. Es zeichnet sich durch einfache Frequenzeinstellung und gute Temperaturstabilität aus.

Leuchtdiode (LED)

Diese aus Galliumphosphid und Galliumarsenidphosphid hergestellten LEDs sind klein und leuchten, wenn sie in Durchlassrichtung betrieben werden. Sie arbeiten mit niedriger Spannung und niedrigem Strom, zeichnen sich durch gleichmäßige Lichtemission, lange Lebensdauer und die Fähigkeit aus, monochromatisches Licht in Rot, Gelb, Grün und Blau zu emittieren. Dank technologischer Fortschritte wurden weiße Hochleistungs-LEDs entwickelt, wodurch die LED-Beleuchtungsindustrie entstand. Sie werden auch in Displays für VCDs, DVDs, Taschenrechner und andere Geräte eingesetzt.

Silizium-Leistungsschaltdiode

Die Silizium-Leistungsschaltdiode zeichnet sich durch schnelles Leiten und Abschalten aus. Sie wird hauptsächlich in Hochleistungsschalt- oder Spannungsstabilisierungsschaltungen, Gleichstromwandlern, Drehzahlregelungen für Hochgeschwindigkeitsmotoren sowie als Hochfrequenzgleichrichter und Freilaufklemme in Ansteuerschaltungen eingesetzt. Dank ihrer weichen Erholungseigenschaften und hohen Überlastfähigkeit findet sie breite Anwendung in Computer- und Radarnetzteilen sowie in der Drehzahlregelung von Schrittmotoren.