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2020-04-16T21:27:46Z

Lawinendiode als zweiter Titel

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'''Avalanche-Dioden''' oder '''Lawinendiode''' sind [[Z-Diode]]n, die den [[Lawinendurchbruch|Lawineneffekt]] (Avalanche-Effekt) ausnutzen. Durch entsprechende Dotierungsprofile können in Avalanche-Dioden Bereiche hoher [[Elektrische Feldstärke|elektrischer Feldstärke]] erzeugt werden (''Multiplikationszone''), in denen sich die Anzahl der freien [[Ladungsträger (Physik)|Ladungsträger]] im [[Leitungsband|Leitungs-]] oder [[Valenzband]] durch [[Stoßionisation]] vervielfältigt, und oberhalb der [[Diode#Durchbruch|Durchbruchspannung]] lawinenartig ansteigt. Dieser Effekt hat vielfältige Anwendungsbereiche und zu den Avalanche-Dioden gehören u. a. die (Lawinen-)Laufzeit-Dioden ([[IMPATT-Diode|IMPATT-]] und [[TRAPATT-Diode]]), die [[Suppressordiode]] und die [[Avalanche-Photodiode]]n. [[Zener-Diode]]n mit hohen Durchbruchsspannungen, bei denen der Lawinendurchbruch überwiegt, können auch als Avalanche-Dioden angesehen werden.

== Negativer differentieller Widerstand ==
Die Spannungs-Strom-[[Kennlinie]] einer Avalanche-Diode ähnelt der einer [[Zenerdiode]]. Oberhalb der Durchbruchsspannung besitzt sie einen [[Differentieller_Widerstand|negativen differentiellen Widerstand]], bei dem im Betrieb die [[Elektrische Spannung|Spannung]] bei steigender [[Stromstärke]] sinkt. Auch viele normale Dioden weisen einen solchen Bereich auf, der aber außerhalb des vorgesehenen Arbeitsbereiches liegt.

== Anwendungen ==
=== Erzeugung von Schwingungen ===

Avalanchedioden sind geeignet zum Aufbau von [[Oszillatorschaltung]]en zur Erzeugung von elektrischen [[Schwingungen]], da mit Hilfe des negativen differentiellen Widerstandes ein [[Schwingkreis]] entdämpft werden kann. Zur [[Mikrowellen]]generation kommt die [[IMPATT-Diode]] und verwandte Laufzeitdioden zum Einsatz.

{{Siehe auch|Tunneldiode}}

=== Rauschgenerator ===

Zusätzlich zum [[Wärmerauschen]] (Johnson-Nyquist-Rauschen) erzeugt der statistische Prozess der Ladungsträgerbewegung so genanntes [[Schrotrauschen]] (engl. ''shot noise''). Das Schrotrauschen ist proportional zum Stromfluss und wird zusätzlich durch den Lawineneffekt verstärkt (engl. ''excess noise''), weshalb sich Avalanche-Dioden gut als Rauschgeneratoren einsetzen lassen.

=== Avalanche-Photodioden ===
{{Hauptartikel|Avalanche-Photodiode}}

Unter Ausnutzung des [[innerer photoelektrischer Effekt|inneren photoelektrischen Effekts]] können Avalanche-Photodioden zur Detektion von Photonen eingesetzt werden und besitzen im Gegensatz zu [[pin-Diode|pin-Photodioden]] eine interne Verstärkung. Dazu werden sie in Sperrrichtung nahe der (Lawinen)Durchbruchspannung betrieben, wo auf Grund der in der Multiplikationszone auftretenden Ladungsträgervervielfältigung die interne Verstärkung erzielt wird.

Wird die Avalanche-Photodiode unterhalb der Durchbruchspannung betrieben, so erhält man in ein strahlungsleistungs-proportionalen Ausgangsstrom. Die interne Verstärkung ist dabei abhängig von der angelegten Sperrspannung.

Oberhalb der Durchbruchsspannung kommen spezielle [[Single-Photon Avalanche Diode]]n (SPAD) zum Einsatz, mit welchen das Zählen einzelner Photonen mit Zählraten von bis zu 10 MHz möglich ist. Ein einzelnes [[Photon]] kann auf Grund der vorherrschenden hohen [[Elektrische Feldstärke|elektrischen Feldstärke]] leicht eine messbare Ladungslawine auslösen, wobei eine spezielle Detektorelektronik sicherstellt, dass die Diode dabei nicht zerstört und anschließend wieder zurückgesetzt wird (passives oder aktives ''Quenching'').

=== Referenzspannung ===

Bei Siliziumdioden treten der [[Zener-Effekt|Zener-Durchbruch]] und Lawinendurchbruch immer gleichzeitig auf, wobei bis ca. 5 V der Zener-Durchbruch und ab ca. 6 V der Lawinendurchbruch dominiert (im Bereich zw. 5 bis 6 V halten sich beide Effekte in etwa die Waage). [[Zener-Diode]]n mit Durchbruchspannungen über 6 V können deshalb als Avalanche-Dioden angesehen werden und finden bei der Erzeugung von [[Referenzspannung]]en Anwendung. Ihr Abknicken der Kennlinie im Bereich der Durchbruchspannung ist stärker ausgeprägt und der Lawinendurchbruch besitzt im Gegensatz zum Zener-Durchbruch einen positiven Temperaturkoeffizienten.

=== Überspannungsschutz ===

Zum [[Überspannungsschutz]] werden [[Suppressordiode]]n in Sperrrichtung parallel zur zu schützenden Last bzw. Schaltung betrieben. Beim Auftreten einer Spannungspitze die oberhalb der Durchbruchspannung der Suppressordiode liegt, kommt es in der Diode zum Lawinendurchbruch. Die Diode wird niederohmig und es fließt ein hoher [[Transienten|transienter]] Strom im Amperebereich. Dies beschränkt die Spannung an der Diode, und somit auch an der zu schützenden Last, auf einen ungefährlichen Wert.

=== Gleichrichterdioden ===

Gleichrichterdioden vom Typ Avalanche weisen beim Rückwärtsdurchbruch, ähnlich Suppressordioden, ein spezifiziertes Verhalten auf, das im Datenblatt mit „{{lang|en|surge reverse power dissipation}}“ angegeben wird. Gewöhnliche Gleichrichterdioden können dagegen „{{lang|en|hot-spots}}“ in der Sperrschicht entwickeln und beschädigt werden.

== Weblinks ==
*[http://www.lasercomponents.com/fileadmin/user_upload/home/Datasheets/lc/veroeffentlichung/opt_apd_receiver_module.pdf Wie wählt man den passenden Detektor] (PDF-Datei; 223 kB)

{{Normdaten|TYP=s|GND=4166965-4}}

[[Kategorie:Diode]]

Avalanche-Diode - Versionsgeschichte

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