Warum werden Dioden vorgespannt?

[Fabian Z. (fabi_z)]

Hallo hallo,

ich habe nun immer wieder in Berichten gelesen das bei verschiedenen 
Schaltungen Dioden vorgespannt werden. Zum Beispiel in einem Bericht 
über einen Phasenschieber der ETH Zürich steht:


"Wichtig ist dabei besonders, dass bei einer angelegten Varaktor- resp. 
Vorspannung die Amplitude über das betrachtete Band 
konstantbleibt.Amplitudenschwankungen,diedannauftreten,wenndieVaraktorsp 
an¬  nung variiert wird, machen sich in einer Linearisierungsschaltung 
weniger störend be¬ merkbar, da sie mit einem Attenuator ausgeglichen 
werden können.
Eine Realisierung eines Reflexionsphasenschiebers mit zwei Dioden als 
Last ist in Abbildung 3.18 dargestellt. Dabei wurden Varaktordioden des 
Typs M/A-COM
MA4ST250 verwendet, deren Vorspannung über einem lOkQ-Widerstand 
angelegt wird. Dies ist deshalb möglich, weil die Dioden in 
Sperrrichtung vorgespannt werden, so dass durch den Widerstand praktisch 
kein Strom fliesst. Trotz des hohen Widerstandes könnten hochfrequente 
Anteile in den DC-Pfad gelangen.“

[http://cds.cern.ch/record/894041?ln=de]

Meine Erklärung für eine Vorspannung ist das man dadurch die Dioden 
schon bei kleinen Eingangssignalen im Linearen Bereich betreiben kann. 
Wenn man die Diodenkennlinie betrachtet ist dieser ca. ab 0,5V 
vorhanden.

Stimmt meine Vermutung?

Weiter unten im Bericht steht dann das diese Vorspannung Probleme der 
nichtlinearität mit sich bringen aufgrund von Intermodulationsprodukte.

Warum ist das so?

Grüße

[MaWin (Gast)]

Es ist nur die Rede von Varaktordioden, also Kapazitätsdioden, die 
müssen vorgespannt werden damit Wechselspannungen sie nicht in den 
Leitbereich bringen und natürlich um die Kapazität zu beeinflussen.
Auch Photodioden werden üblicherweise vorgespannt, dort um deren 
Kapazität zu verringern und die Signalbearbeitung zu beschleunigen.

[Fabian Z. (fabi_z)]

MaWin schrieb:
> Es ist nur die Rede von Varaktordioden, also Kapazitätsdioden, die
> müssen vorgespannt werden damit Wechselspannungen sie nicht in den
> Leitbereich bringen und natürlich um die Kapazität zu beeinflussen.
> Auch Photodioden werden üblicherweise vorgespannt, dort um deren
> Kapazität zu verringern und die Signalbearbeitung zu beschleunigen.

Was meinst du genau mit Leitbereich?

[Jens G. (jensig)]

>Was meinst du genau mit Leitbereich?

Das Gegenteil von Sperrbereich ...

[Jens G. (jensig)]

Um es noch mal klar zu machen: die C-Dioden werden in Sperrrichtung 
vorgespannt ...

[Carl D. (jcw2)]

Fabian Z. schrieb:
> MaWin schrieb:
>> Es ist nur die Rede von Varaktordioden, also Kapazitätsdioden, die
>> müssen vorgespannt werden damit Wechselspannungen sie nicht in den
>> Leitbereich bringen und natürlich um die Kapazität zu beeinflussen.
>> Auch Photodioden werden üblicherweise vorgespannt, dort um deren
>> Kapazität zu verringern und die Signalbearbeitung zu beschleunigen.
>
> Was meinst du genau mit Leitbereich?

Der Spannungsvereich ab 0,7V in Flußrichtung bei Siliziumdioden, bei dem 
nennenswert Strom zu fließen beginnt.
Hängt eine Kapazitätsdiode an einem Schwignkreis, bei dem die 
Wechselspannungsamplitude diese 0,7V überschreitet, dann wirkt die Diode 
ab Gleichrichter oder "Verzerrer". Legt man an die Diode, die über eine 
C gleichspannungmäßig vom Schwingkreis getrennt ist, eine Sperrspannung 
von z.B. 2V an, dann bleibt die Diode immer (-2V+-0,7pp < 0) gesperrt.

[Wolfgang (Gast)]

Jens G. schrieb:
> Um es noch mal klar zu machen: die C-Dioden werden in Sperrrichtung
> vorgespannt ...

Sonst wird es auch schwierig ;-)

Selbst wenn man nur in die Nähe von 0V kommt, wird die Kapazität extrem 
Abhängig von der Spannung und damit auch von der Modulationsamplitude.
Ein Blick ins Datenblatt auf die Kapazität als Funktion der 
Rückwärtsspannung zeigt die Abhängigkeit. Je größer der 
Modulationsbereich und je kleiner die Vorspannung, um so mehr Oberwellen 
entstehen durch die Nichtlinearität.
z.B.
http://www.radiotechnika.hu/images/BB112.pdf

[Bernd B. (bbrand)]

Wolfgang schrieb:
> ... wird die Kapazität extrem Abhängig von der Spannung ...

Das ist doch der Sinn einer Kapazitätsdiode ;-)
Aber im Bereich kleiner etwa 1V wird diese Abhängigkeit extrem 
nichtlinear. (Ich weiß, dass Du das gemeint hattest).

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Bernd B. schrieb:
> Wolfgang schrieb:
>> ... wird die Kapazität extrem Abhängig von der Spannung ...
>
> Das ist doch der Sinn einer Kapazitätsdiode ;-)
> Aber im Bereich kleiner etwa 1V wird diese Abhängigkeit extrem
> nichtlinear. (Ich weiß, dass Du das gemeint hattest).

Nein, hat er nicht. Das Problem ist, daß die Steuerspannung (besagte 
Vorspannung) nicht die einzige Spannung ist, die an der Kapazitätsdiode 
abfällt. Dazu kommt noch die Signalspannung (i.d.R. eine Wechsel- 
spannung) die wirksame Kapazität ist also nicht wie gewünscht konstant, 
sondern variiert mit der momentanen Amplitude. Das Resultat: 
nichtlineare Verzerrungen des Signals.

Je größer dabei die überlagerte Wechselspannung ist, desto größer die 
Verzerrungen. Wenn man nur eine einzelne Kapazitätsdiode verwendet, muß 
man also die Amplitude klein (im Verhältnis zur Steuerspannung) halten.

Alternativ kann man Kapazitätsdioden paarweise einsetzen. Schaltung 
siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Kapazitätsdiode

Die Dioden liegen gleichspannungsmäßig parallel, für die Signalspannung 
(Wechselspannung) hingegen in Reihe. Die Modulation der Kapazität durch 
die Signalspannung ist also gegensinnig und hebt sich weitgehend auf.