Speicherschaltdiode

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Die Speicherschaltdiode oder Abreißdiode (engl. step recovery diode, SRD, auch snap-off diode) ist ein Sonderfall der Ladungsspeicherdiode. Wird eine Speicherschaltdiode von Vorwärtsrichtung in Sperrrichtung umgepolt, fließt für eine definierte Zeit (ca. 0.1 bis 3 ns) ein Strom in Sperrrichtung, ohne dass sich die Spannung an der Diode nennenswert ändert. Erst danach, wenn die freien Ladungsträger aufgebraucht sind, bricht der Strom schlagartig zusammen (die SRD ist eine sogenannte "harte" Diode), und die Spannung kann sehr rasch hohe Werte in Sperrrichtung annehmen.

Zeitsignal eines Kammgenerators (HP 33003A), das mit einer Speicherschaltdiode erzeugt wird

Wegen des "plötzlichen" Umschaltens von einem nahezu idealen Kurzschluss zu einem Strom-sperrenden Verhalten wird eine angelegte Sinusspannung stark nichtlinear verzerrt und es entstehen Oberwellen. Speicherschaltdioden mit kurzer Abschaltzeit werden daher zur Vervielfachung von Frequenzen im Bereich von ca. einem bis einigen Gigahertz eingesetzt (Frequenz-Verdoppler und -Verdreifacher, Erzeugen eines Frequenzkamms, also von vielen hohen Oberwellen einer niedrigeren Frequenz). Die Speicherschaltdiode hat auch Anwendungen bei der Impulsformung, z.B. der Erzeugung scharfer Impulskanten oder kurzer Impulse bei Eingangssignalen mit vergleichsweise langsamen Anstieg oder Abfall der Spannung. Die kürzesten Impulse, die so erzeugt werden können, sind ca. 100 ps lang.

In der Regel haben Speicherschaltdioden eine p-i-n-Struktur. Die geringe Dicke der i-Schicht und das daraus resultierende hohe elektrische Feld in der i-Schicht (trotz kleiner Spannungen) sind Ursache für das rasche Verschwinden der Minoritätsladungsträger beim Wechsel der Stromrichtung. Die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger ohne angelegtes Feld ist jedoch wesentlich größer (Größenordnung 100 ns). Wegen der dünnen i-Schicht haben die meisten Speicherschaltdioden relativ geringe zulässige Sperrspannungen (unter 100 V).

Im Gegensatz zu Speicherschaltdioden werden die meisten anderen Typen von Halbleiterdioden so gebaut, dass der Strom "weich" abschaltet, um Spannungsspitzen durch unvermeidliche Induktivitäten zu vermeiden.

Die ersten Speicherschaltdioden wurden in den frühen 1960er-Jahren entwickelt und zählten für lange Zeit zu den schnellsten Bauelementen der konventionellen Halbleitertechnik.

Literatur[Bearbeiten]

  •  Hewlett-Packard: Pulse and Waveform Generation with Step Recovery Diodes, Application Note 918. Palo Alto 1984 (Online (PDF; 2,9 MB)).