Was ist eine Lawinendiode?
Dioden sind Geräte, die verhindern, dass ein elektrisches Signal in eine Richtung durch sie hindurchgeht, aber ein Signal in die andere Richtung durchlässt. Wenn eine Standard-Halbleiterdiode ein Signal blockiert, kann die Spannung dieses Signals zu hoch werden, als dass die Diode dies steuern könnte. An diesem Punkt fällt die Diode aus und lässt das Signal passieren. Sie wird wahrscheinlich zerstört, wenn die Spannung durch sie fließt. Genannt als der Lawinenpunkt der Diode, hört diese normalerweise nicht auf, bis sie ihren Lauf genommen hat, was viele, wenn nicht alle Schaltungskomponenten in ihrem Pfad zerstört. Eine Lawinendiode ist eine spezielle Art von Diode, die dem Lawinenereignis standhält und den Lawineneffekt in seiner normalen Funktion nutzt.
Alle Halbleiterdioden bestehen aus zwei Teilen eines Halbleitermaterials, üblicherweise Silizium, die miteinander verschmolzen sind. Ein Stück des Materials, die Kathode, hat eine positive Ladung. Das zweite Teil, die Anode, ist negativ geladen.
Diese Dioden steuern die Richtung des Schaltkreisflusses in Schaltkreisen. Wenn ein elektrischer Strom an die Anode der Diode angelegt wird, durchquert sie das positiv geladene Material in Richtung der negativen Kathode und gelangt dann von der Kathode zum Rest des Stromkreises. Eine in diesem Zustand arbeitende Diode ist in Vorwärtsrichtung vorgespannt.
Wenn derselbe Strom an die Kathode angeschlossen wird, kommt er einfach mit der identischen Ladung der Kathode zum Stillstand und wird von der Diode blockiert. Eine Diode ist in diesem Zustand in Sperrrichtung vorgespannt. Sollte diese Spannung jedoch ausreichend hoch sein, kann sie genug Leistung haben, um durch die Kathode zu springen und die positive Anode zu erreichen. In diesem Fall wird der Strom aus der Anode der Diode abgeleitet und die Diode befindet sich in einem Lawinenzustand. Dieser Zustand zerstört normalerweise eine Standarddiode sowie alle anderen Schaltungskomponenten, die zwischen der Diode und einem Erdungspunkt liegen.
Eine Lawinendiode ist sehr spezifisch ausgelegt, damit sie den Lawineneffekt nutzen kann. Anstatt zu warten, bis die Spannung für die Diode zu groß wird und außer Kontrolle gerät, startet eine Lawinendiode absichtlich den Lawineneffekt bei einer vorgegebenen Spannung. Diese vorbestimmte Spannung ist nicht stark genug, um die Diode zu beschädigen, wodurch die Lawinendiode die überschüssige Leistung von der Schaltung zu einer Masse ableiten kann. Auf diese Weise funktioniert eine Lawinendiode in etwa so, wie ein Überlaufkanal es einem Damm ermöglicht, übermäßiges Hochwasser umzuleiten.
Die Lawinendiode wird häufig in Schaltkreisen verwendet, um Schutz vor unerwünschten oder unerwarteten Spannungen zu bieten, die ansonsten die Schaltkreise beschädigen könnten. Bei solchen Dioden sind die Kathoden normalerweise mit dem Hauptstromweg der Schaltung und die Anoden mit einer elektrischen Masse verbunden. Diese Konfiguration ermöglicht es ihnen, bedrohliche Spannungen direkt auf Masse umzuleiten, anstatt sie durch den Stromkreis laufen zu lassen und ihn zu zerstören. Lawinendioden in dieser Konfiguration wirken als Klemmdioden, da sie die maximale Spannung, die ein Schaltkreis erfährt, auf einen voreingestellten Pegel fixieren oder klemmen.