Wer kann mir die Funktion der Z-Diode und der Kapazitätsdiode kurz erklären?

Zener-Dioden / Z-Dioden

Die Z-Diode (Zener-Diode) ist eine Silizium-Halbleiterdiode, die in Sperrrichtung betrieben wird. In Durchlassrichtung arbeitet sie wie ein normale Diode. Die Zener-Diode wird zur Stabilisierung von pulsierenden Gleichspannungen verwendet.

Der Name stammt vom Zenereffekt, den ein Mann mit dem Namen Zener entdeckt hat. Die Bezeichnung Z-Diode ist nur eine Abkürzung.

Zenereffekt und Lawineneffekt

Der Zenereffekt wird durch das elektrische Feld ausgelöst, dass ab einer bestimmten Größe zur Herauslösung der Elektronen aus ihren Kristallbindungen führt. Die Elektronen führen zur Bildung des Stromes Iz. Ab einem bestimmten Spannungswert UZ0, der Zenerspannung, wird die Z-Diode niederohmig. Ab der Zenerspannung nimmt der Strom Iz schlagartig zu.

Die Ladungsträger, die durch den Zenereffekt frei wurden, werden durch das elektrische Feld sehr stark beschleunigt. Das führt dazu, dass weitere Elektronen aus ihren Kristallbindungen herausgestoßen werden. Die Sperrschicht wird mit freien Ladungsträgern überschwemmt. Das nennt man Lawineneffekt (Stossionisation).

Die Zenerspannung kann bei der Herstellung durch die Dotierung des Silizium-Kristalls im Bereich 2 bis 600V eingestellt werden.

Bei der Z-Diode überlagert sich der Zenereffekt und der Lawineneffekt. Dieser Zustand wird als Zenerdurchbruch bezeichnet. Die plötzliche Leitfähigkeit führt zu einem sehr hohen Strom in Sperrrichtung. Ist der Strom zu groß, wird die Z-Diode zerstört. Deshalb ist im Datenblatt immer ein maximal zulässiger Sperrstrom IZmax angegeben., der nicht überschritten werden darf. Genauso wichtig ist die maximal zulässige Verlustleistung Ptot. Beide Grenzwerte dürfen nicht überschritten werden und sollten bei der Dimensionierung der Schaltungen mit Z-Diode bekannt sein und berücksichtigt werden.

Fällt die Sperrspannung unter UZ0, dann wird die Sperrschicht sofort wieder hergestellt. Der Bereich zwischen IZmin und IZmax wird Arbeitsbereich oder Durchbruchbereich genannt.

Kapazitätsdioden

Ist eine Halbleiterdiode in Sperrrichtung geschaltet, so wirkt die Sperrschicht bzw. Raumladungszone am pn-Übergang wie eine Kapazität. Ändert sich die Spannung an der Diode ändert sich auch die Kapazität der Sperrschicht. Bei der Kapazitätsdiode ist die Sperrschicht-Kapazität besonders groß. Dadurch sind große Kapazitätsänderungen möglich.

Die Sperrschicht enthält fest eingebaute unbewegliche Ladungsträger. Zwischen den positiven und negativen Ladungsträgern entsteht im Sperrbetrieb ein elektrisches Feld. Je zwei unterschiedliche Ladungsträger bildet sich ein elektrisches Feld und somit ein kleiner Kondensator. Die einzelnen Teilkondensatoren liegen parallel zueinander. Die Gesamtkapazität ist gleich der Summe der Einzelkapazitäten. Der Kondensatorplattenabstand entspricht dem Ladungsträgerabstand. Das Dielektrikum ist das von Ladungsträgern befreite Halbleitermaterial.

Die Kapazität der Kapazitätsdiode wird durch die anliegende Spannung gesteuert. Ist Kapazität ist demnach spannungsabhängig. Zwischen der Sperrrschichts-Kapazität und der Sperrspannung besteht eine nichtlineare Abhängigkeit.

Je höher die Sperrspannung UR wird, desto breiter wird die Sperrschicht. Im Mittel wird dadurch der Ladungsträgerabstand größer. Die Kapazität wird kleiner.

Wird die Sperrspannung UR kleiner, dann verkleinert sich die Sperrschicht. Der Ladungsträgerabstand wird kleiner. Die Kapazität wird größer.

Anwendungen

Ersatz für Drehkondensatoren für die Schwingkreisabstimmung in Radios und Fernsehgeräten.

Schaltungen zur Erzeugung von Frequenzmodulation