Informations- und Kommunikationstechnik

Intrinsicdiode – PIN-Diode

Die Skizze zeigt die prinzipielle Schichtfolge einer Intrinsic- oder PIN-Diode mit Sperrzone im Sperrbetrieb. Sie besteht aus je einer schmalen, hoch dotierten p- und n-Halbleiterzone geringer Breite um 10 ... 30 nm. Dazwischen liegt eine mit 500 ... 1000 nm breite I-Zone eines sehr gering dotierten n-Halbleiters. Dieser Halbleiterbereich hat eine nur geringe Eigenleitfähigkeit und ist daher sehr hochohmig.

Schichtaufbau einer PIN-Diode

Bei niedrigen Frequenzen verhält sich die PIN-Diode wie eine normale Diode. In Sperrrichtung betrieben ermöglicht die I-Zone besonders hohe Sperrspannungen. Die sehr schwache Dotierung der n-Intrinsic-Zone führt zur Ausbildung einer weitreichenden positiven Raumladung und einer insgesamt sehr breiten Sperrzone.

Im Sperrbetrieb kann die PIN-Diode als optischer Detektor verwendet werden. Fällt Licht auf die I-Zone, dann regen Photonen mit Wellenlängen im Bereich 850 nm Elektronen an, die in das Leitungsband wechseln. Mit PIN-Dioden sind Übertragungsraten zwischen 2 ... 20 Mbit / s möglich.

PIN-Dioden werden bevorzugt oberhalb 10 MHz eingesetzt. Sie verlieren für diesen Frequenzbereich ihre Eigenschaft als Gleichrichter und verhalten sich dann als ein durch Gleichspannung steuerbarer Wirkwiderstand. Ist das HF-Eingangssignal der PIN-Diode mit einer in Durchlassrichtung gepolten Gleichspannung überlagert, so kann mit ihr der Widerstandswert der I-Zone in weiten Grenzen verändert werden. Mit zunehmender Gleichspannung nimmt die Anzahl der Ladungsträger in der hochohmigen I-Zone zu und der Widerstand der Diode ab.

PIN-Diode, HF-Arbeitsdiagramm

PIN-Dioden eignen sich zur Amplitudenregelung in HF-Oszillatorschaltungen. Das bevorzugte Einsatzgebiet sind steuerbare oder geregelte Antennenverstärker im UKW- und Fernsehbereich. Im Arbeitsbereich haben die Dioden des Typs TDA 1053 und TDA 1061 eine weitgehend lineare Kennlinie und erzeugen daher praktisch keine nichtlinearen Verzerrungen. Diese Bauteile enthalten in einem Gehäuse drei Silizium-Planardioden. In den Datenblättern kann die folgende Regelschaltung gefunden werden.

PIN-Diode, Anwenderschaltung

Der Frequenzbereich für diesen Diodentyp liegt zwischen 40 MHz ... 1000 MHz. Bei niedriger Regelspannung um 0 ... 2 V wird eine HF-Dämpfung bis zu 45 dB erreicht und bei hoher Regelspannung um 4 ... 5 V sind es geringe 1,5 dB. Die Dioden im TDA-IC bilden die Schaltung eines Pi-Abschwächers.