Avalanchediode

Eine Avalanche-Diode ist spezielle Bauform einer Zener-Diode, die den Avalanche-Effekt (Lawinen-Trägervervielfachung) ausnutzt. Oberhalb der Durchbruchsspannung weist ihre Spannungs-Strom-Kennlinie einen negativen differentiellen Widerstand auf.

Inhaltsverzeichnis

Negativer differentieller Widerstand

Die Kennlinie einer Avalanche-Diode ähnelt der einer Zenerdiode. Oberhalb des Durchbruchbereichs besitzt sie einen negativen differentiellen Widerstand. Bei Betrieb in diesem Bereich sinkt die Spannung bei steigender Stromstärke. Zur Stromstärkebegrenzung wird die Avalanche-Diode in diesem Bereich mit einer Konstantstromquelle betrieben. Man kann die Avalanche-Diode verwenden, um einen Schwingkreis zu entdämpfen.

Auch viele normale Dioden weisen einen solchen Bereich auf, er liegt aber außerhalb des vorgesehenen Arbeitsbereiches.

Einsatz

Erzeugung von Schwingungen

Durch den negativen differentiellen Widerstand kann ein Schwingkreis entdämpft werden, so dass ungedämpfte elektrische Schwingungen entstehen.

Rauschgenerator

Durch den Lawineneffekt wird auch das Rauschen verstärkt bzw. erzeugt. Deshalb kann eine Avalanche-Diode als Rauschgenerator eingesetzt werden.

Photonenzähler

Avalanche-Dioden werden als Photodioden-Halbleiterdetektoren zum Zählen einzelner Photonen eingesetzt.

Dazu werden sie beispielsweise mit einem großen Vorwiderstand in Sperrrichtung betrieben. Durch die hohe Feldstärke reicht ein einzelnes Photon, um ein Elektron freizusetzen, das beschleunigt vom Feld in der Sperrschicht, einen Lawineneffekt auslöst (sog. Durchbruch). Der Widerstand verhindert, dass die Diode durchgebrochen bleibt (passive Quenching). Die Diode geht dadurch wieder in den gesperrten Zustand über. Der Vorgang wiederholt sich selbsttätig und die Stromimpulse können gezählt werden. Da es sich um stochastische Effekte handelt und auch eine Erholpause vorhanden ist, ist die Quanteneffizienz kleiner Eins. Beim Active Quenching wird die Spannung über die Durchbruchspannung erhöht und beim Erkennen eines Durchbruchstromes innerhalb weniger Nanosekunden entfernt. Dieser Vorgang wird periodisch wiederholt, dadurch sind nun Zählfrequenzen bis zu 100 MHz möglich.

Siehe auch: Lawinenfotodiode

Referenzspannung

Ein anderes Einsatzgebiet ist die Erzeugung einer Referenzspannung (bei Spannungen unter ca. 5 V überwiegt der Zenereffekt, weshalb in dieser Anwendung auch Zenerdioden häufig falsch als Avalanche-Dioden bezeichnet werden). Bei 5 V halten sich Avalanche- und Zenereffekt in etwa die Waage; hier heben sich die gegenläufigen Temperaturkoeffizienten auf.

Überspannungsschutz

Des Weiteren kann man damit empfindliche elektronische Systeme vor zu hohen Eingangsspannungen schützen.


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