Was ist Kleinsignal-Dioden?
Kleinsignal-Dioden sind Dioden, die mit relativ kleinen Strömen von einigen hundert mA oder weniger arbeiten.
Sie werden bei der Gleichrichtung und beim Schalten eingesetzt, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln, sowie bei der Erzeugung von Konstantspannungen. Die bekannteste Anwendung ist die Demodulation.
Demodulation bedeutet, dass Funkwellen, die ein hochfrequentes Trägersignal mit einem niederfrequenten Audiosignal kombinieren, als Audiosignal an ein Audioausgabegerät ausgegeben werden, indem die Fähigkeit der Diode genutzt wird, nur niederfrequente Signale zu erkennen.
Verwendungszwecke von Kleinsignal-Dioden
Kleinsignal-Dioden werden in elektronischen Produkten verwendet, die kleine Signale verarbeiten und elektrische Vorgänge ausführen, insbesondere in Hochfrequenzanwendungen wie elektrischen Geräten, Präzisionsinstrumenten und Funkempfängern sowie bei Schaltvorgängen.
Bei der Auswahl von Dioden sollte man auf ihre maximalen Nennwerte und die Vorspannung achten, die aufgrund ihres Kleinsignalbetriebs angelegt werden kann. Besteht die Möglichkeit eines übermäßigen Stromflusses, muss eine Schutzschaltung installiert werden, um einen übermäßigen Stromfluss durch die Diode zu verhindern.
Prinzip von Kleinsignal-Dioden
Das Prinzip der Kleinsignal-Dioden liegt in ihrer Schaltungscharakteristik, die sich die physikalischen Phänomene an der PN-Übergangsstelle von Halbleiterdioden und an der Übergangsstelle zwischen Metall und Halbleiter zunutze macht und die Gleichrichtung in Durchlass- und Sperrrichtung der I-U-Kennlinie ausnutzt.
Der Betrieb kleiner elektrischer Schaltungen wird anhand ihrer typischen Funktionen beschrieben: Schaltbetrieb, Gleichrichterschaltungen und Konstantspannungserzeugung.
1. Schaltbetrieb
Wenn an eine Diode eine Spannung angelegt wird, dient sie als Schalter, der den Strom nur in eine Richtung fließen lässt. Wenn eine Spannung in Durchlassrichtung angelegt wird, fließt Strom, was als Einschaltvorgang bezeichnet wird, während in Sperrrichtung kein Strom fließt, selbst wenn eine Spannung angelegt wird, was als Ausschaltvorgang bezeichnet wird.
Schottky-Barriere-Dioden und PIN-Dioden werden als Dioden für die Funktion von Schaltern mit einer relativ hohen Betriebsfrequenz verwendet, da sie ein schnelles Schalten bei kleinen Strömen ermöglichen.
2. Gleichrichterschaltungen
Die Gleichrichtung ist ein Schaltungsvorgang, bei dem Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt wird, indem die Eigenschaft der Diode genutzt wird, den Strom nur in einer Richtung fließen zu lassen. Normalerweise ist der Strom ein Halbfrequenzstrom, der nicht in die negative Richtung fließt, aber wenn Dioden in einer Brückenschaltung angeschlossen sind, wird der negative Teil des Wechselstroms in einen positiven umgewandelt und unter Spannung gesetzt, wodurch der Strom in einen Gleichstrom mit voller Frequenz umgewandelt werden kann.
3. Erzeugung einer konstanten Spannung
Dies ist eine Schaltung, bei der häufig Zenerdioden verwendet werden. Eine Zenerdiode ist eine Diode, die unabhängig vom Sperrstrom eine konstante Spannung über einen bestimmten Bereich erzeugen kann. Diese Dioden werden in Schaltkreisen zur Erzeugung konstanter Spannungen und auch als Schutzschaltungen eingesetzt.
Weitere Informationen über Kleinsignal-Dioden
1. Beispiele für den Aufbau von Kleinsignal-Dioden
Kleinsignal-Dioden lassen sich grob in Planar- und Mesa-Typen einteilen.
Planarer Typ
Der planare Typ ist die am häufigsten verwendete Halbleiterstruktur, bei der eine Verunreinigungsdiffusionsschicht in der Nähe der Oxidschicht auf der Oberfläche des Siliziumhalbleiters gebildet wird, um einen PN-Übergang für die Diode zu schaffen. Es ist möglich, die erforderlichen Dioden in verschiedenen Teilen des ICs schaltungstechnisch einzubauen, und diese Struktur kann zusätzlich zu diskreten Kleinsignal-Dioden-Anwendungen in großem Umfang als Schaltungsblock innerhalb des ICs verwendet werden.
Mesa-Typ
Der Mesa-Typ zeichnet sich dadurch aus, dass der PN-Übergang in einer vertikalen, bergähnlichen Form ausgebildet ist, und insbesondere die Fläche des N-Typ-Teils kann aufgrund seiner Struktur groß sein, was eine relativ große Sperrspannung ermöglicht. Diese Struktur wird häufig in Kleinsignal-Dioden zur Gleichrichtung verwendet, um diese Eigenschaft zu nutzen.
2. Array-Kleinsignal-Dioden
Bei der Verwendung von Kleinsignal-Dioden in verschiedenen Schaltungen können mehrere Dioden eingesetzt werden. In solchen Fällen eignen sich Kleinsignal-Dioden vom Array-Typ.
Es gibt auch Produkte, die mehrere Kleinsignal-Dioden in einem einzigen Gehäuse integrieren, oder z. B. eine kombinierte Anordnung von Zener-Dioden und Schottky-Sperrschicht-Dioden. Diese Produkte sind z. B. nützlich, wenn die Vf-Spannung der Dioden in der Schaltung geteilt werden soll.