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<!DOCTYPE html>

<title>Kapazitätsdiode</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Kapazitätsdiode</span></h1>

</header>

</div>

<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr"><p>Die <b>Kapazitätsdiode</b> oder <b>Varicap</b>, auch <b>Varaktor</b> oder <b>Abstimmdiode</b> genannt, ist ein <a href="Elektronik" title="Elektronik">elektronisches</a> <a href="Halbleiter" title="Halbleiter">Halbleiter</a>-<a href="Liste_elektronischer_Bauteile" class="mw-redirect" title="Liste elektronischer Bauteile">Bauteil</a>. Durch Änderung der angelegten Spannung lässt sich eine Variation der Kapazität von 10:1 erreichen. Somit steht eine elektrisch steuerbare Kapazität zur Verfügung, die die früher üblichen, erheblich größeren <a href="Drehkondensator" class="mw-redirect" title="Drehkondensator">Drehkondensatoren</a> weitgehend ersetzt hat.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Funktion">Funktion</h2></div>

<p>Der <a href="P-n-%C3%9Cbergang" title="P-n-Übergang">p-n-Übergang</a> einer <a href="Diode" title="Diode">Diode</a> hat eine <a href="Elektrische_Kapazit%C3%A4t" title="Elektrische Kapazität">Kapazität</a>, die von der Breite der <a href="Raumladungszone" title="Raumladungszone">Raumladungszone</a> abhängig ist. Wird eine Diode in Sperrrichtung betrieben, so entsteht am p-n-Übergang eine Ladungsträgerverarmungszone, an der sich auch ein elektrisches Feld, bedingt durch die fehlenden Ladungsträger, aufbaut. Mit steigender <a href="Elektrische_Spannung" title="Elektrische Spannung">Spannung</a> vergrößert sich die Breite der ladungsfreien Zone, damit nimmt die Kapazität ab. Durch geeignete <a href="Dotierung" title="Dotierung">Dotierung</a> können Kapazitäten im Bereich von 3 <a href="Farad" title="Farad">pF</a> bis 300 pF erreicht werden. Da die Sperrspannung definiert ist als <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle U_{\text{R}}=-U_{\text{D}}}">

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle U_{\text{R}}=-U_{\text{D}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/6478db307a2c0107c9bf6bee40c3e40245dd52c9.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:11.011ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle U_{\text{R}}=-U_{\text{D}}}" loading="lazy"></span>, steigt die Sperrspannung im gezeigten Kennlinienbild nach links an. Die maximale Sperrspannung beträgt etwa 30 V, je nach Typ auch weniger.

</p>

<div class="sieheauch" role="navigation" style="font-style:italic;"><span class="sieheauch-text">Siehe auch</span>: <a href="Sperrschichtkapazit%C3%A4t" class="mw-redirect" title="Sperrschichtkapazität">Sperrschichtkapazität</a></div>

</li>

</li>

</li>

</ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anwendung">Anwendung</h2></div>

<p>Die Kapazitätsdiode wird zur Abstimmung von <a href="Schwingkreis" title="Schwingkreis">Schwingkreisen</a> in <a href="Filter_(Elektronik)" class="mw-redirect" title="Filter (Elektronik)">Filtern</a> und <a href="Oszillatorschaltung" title="Oszillatorschaltung">Oszillatorschaltungen</a>, zum Beispiel anstelle von Drehkondensatoren oder veränderbaren <a href="Induktivit%C3%A4t_(Bauelement)" title="Induktivität (Bauelement)">Induktivitäten</a> (<a href="Spule_(Elektrotechnik)#Variometer" title="Spule (Elektrotechnik)">Variometer</a>) zur Frequenzwahl in Funkempfängern (z. B. <a href="Radio" title="Radio">Radios</a>, <a href="Fernsehempf%C3%A4nger" class="mw-redirect" title="Fernsehempfänger">Fernsehempfänger</a>) eingesetzt.

</p><p>Zusätzlich an LC-Schwingkreise geschaltete Kapazitätsdioden werden zur Automatischen Feinabstimmung (<a href="Automatische_Frequenzregelung" title="Automatische Frequenzregelung">AFC</a>) in Empfängern oder zur <a href="Frequenzmodulation" title="Frequenzmodulation">Frequenzmodulation</a> in <a href="Frequenzmodulation" title="Frequenzmodulation">FM</a>-Sendern eingesetzt.

</p><p>Die schnelle Frequenzregelung in <a href="Phase-locked_loop" class="mw-redirect" title="Phase-locked loop">Phase-locked loop</a>-Schaltungen (PLL) nutzt oft Kapazitätsdioden. Diese PLL sind Kernbestandteil aller Funkgeräte und <a href="Handy" class="mw-redirect" title="Handy">Handys</a>.

</p><p>Bevor etwa im Jahr 1970 <a href="Transistor" title="Transistor">Transistoren</a> entwickelt wurden, mit denen man auch oberhalb von 200 MHz Leistungen von einigen Watt erzeugen konnte, behalf man sich mit kühlbaren Kapazitätsdioden (Varaktoren) zur Frequenzvervielfachung von beispielsweise 140 MHz auf 420 MHz. Dabei wurden die Verzerrungen einer sinusförmigen Spannung durch die stark nichtlineare <a href="Kennlinie" title="Kennlinie">Kennlinie</a> ausgenutzt, die beim Betrieb von Kapazitätsdioden mit mehr als 20 V Wechselspannung auftritt. Durch geeignete Verwendung von Schwingkreisen konnte man die gewünschte Oberschwingung aussieben.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Abstimmung_von_LC-Schwingkreisen">Abstimmung von LC-Schwingkreisen</h3></div>

<p>Zur Frequenzabstimmung von <a href="Schwingkreis" title="Schwingkreis">LC-Schwingkreisen</a> wird mit der Spannung <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle U_{e}}">

<msub>

</mrow>

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</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle U_{e}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/e82b758ddad8d8d1ff96696823b51ab14f7d1e05.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.586ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle U_{e}}" loading="lazy"></span> (in Sperrrichtung gepolt) die Kapazität der Diode eingestellt, die mit dem <a href="Koppelkondensator" class="mw-redirect" title="Koppelkondensator">Koppelkondensator</a> <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle C_{K}}">

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</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle C_{K}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/81a058c9a09c55f41d653d480d7f1774987e8d38.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:3.355ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle C_{K}}" loading="lazy"></span> zum Kondensator C parallelgeschaltet ist. Durch die Induktivität <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle L_{B}}">

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</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle L_{B}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/25f008d1c1bd5ad0b11a4f6ad089dd5126194c5e.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:3.062ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle L_{B}}" loading="lazy"></span> ist der Schwingkreis wechselstrommäßig von der Spannungsquelle abgetrennt. Sie kann meist durch einen hochohmigen <a href="Elektrischer_Widerstand" title="Elektrischer Widerstand">Widerstand</a> im Bereich von 100 kOhm ersetzt werden. Die an der Diode anliegende HF-Spannung muss 3 bis 4 Größenordnungen unter der anliegenden Steuerspannung liegen, da ansonsten der Schwingkreis durch die HF-Spannung verstimmt wird, was Nichtlinearitäten und damit Intermodulation verursacht.

</p><p>Der Koppelkondensator trennt die Steuerspannung der Diode vom Schwingkreis.

</p><p>Damit sich <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle L_{B}}">

<msub>

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</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle L_{B}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/25f008d1c1bd5ad0b11a4f6ad089dd5126194c5e.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:3.062ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle L_{B}}" loading="lazy"></span> nicht auf die Resonanzfrequenz <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle f_{R}}">

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</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle f_{R}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/20e03d147b00c8ed69e1fd18f928f1ca6d4e2828.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.619ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle f_{R}}" loading="lazy"></span> auswirkt, muss <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle L_{B}\gg L}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle L_{B}\gg L}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/9b51122656670fc9086e4ed58f58ffbfffabb18b.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:8.259ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle L_{B}\gg L}" loading="lazy"></span> gewählt werden. Dann gilt:

</p>

<msub>

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</mrow>

</mrow>

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</mfrac>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle {\omega }_{R}=2\pi \,f_{R}={\frac {1}{\sqrt {L\,\left(C+{\frac {C_{S}(U_{a}+U_{\rm {HF}})\,C_{K}}{C_{S}(U_{a}+U_{\rm {HF}})+C_{K}}}\right)}}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/b4727a2f9a59960aba5024f5bc933e7becc107ad.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -6.005ex; width:42.071ex; height:9.343ex;" alt="{\displaystyle {\omega }_{R}=2\pi \,f_{R}={\frac {1}{\sqrt {L\,\left(C+{\frac {C_{S}(U_{a}+U_{\rm {HF}})\,C_{K}}{C_{S}(U_{a}+U_{\rm {HF}})+C_{K}}}\right)}}}}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>Ist weiterhin <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle C_{K}\gg C_{S}}">

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle C_{K}\gg C_{S}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/fc14be7a6887a4e16aa5993baee5d465be719e77.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:9.923ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle C_{K}\gg C_{S}}" loading="lazy"></span>, dann vereinfacht sich die Formel zu:

</p>

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</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle {\omega }_{R}=2\pi \,f_{R}={\frac {1}{\sqrt {L\,\left(C+C_{S}(U_{a}+U_{\rm {HF}})\right)}}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/6d4475cfa3631444567ebda74b4bab14c2a24df7.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -3.171ex; width:40.974ex; height:6.509ex;" alt="{\displaystyle {\omega }_{R}=2\pi \,f_{R}={\frac {1}{\sqrt {L\,\left(C+C_{S}(U_{a}+U_{\rm {HF}})\right)}}}}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>Bei der Anti-Reihenschaltung von zwei Sperrschichtkapazitäten parallel zum Schwingkreis spart man den Koppelkondensator und verringert die Modulation der Kapazität der Kapazitätsdiode durch die HF. Grund ist, dass die Steuerspannung an beiden Dioden zwar in gleicher Weise anliegt (über L und L<sub>B</sub>), die HF aber gegenpolig anliegt (da dafür antiseriell angeschlossen) und damit in Näherung die beiden Kapazitätsänderungen sich weitgehend aufheben.

</p>

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</mrow>

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</mrow>

</mrow>

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</mfrac>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle {\omega }_{R}=2\pi \,f_{R}={\frac {1}{\sqrt {L\,\left(C+{\frac {C_{S}(U_{a}+U_{\rm {HF}})\,C_{S}(U_{a}-U_{\rm {HF}})}{C_{S}(U_{a}+U_{\rm {HF}})+C_{S}(U_{a}-U_{\rm {HF}})}}\right)}}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/3928b49939456ca1967cda929d6c15572f2589d0.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -6.005ex; width:49.455ex; height:9.343ex;" alt="{\displaystyle {\omega }_{R}=2\pi \,f_{R}={\frac {1}{\sqrt {L\,\left(C+{\frac {C_{S}(U_{a}+U_{\rm {HF}})\,C_{S}(U_{a}-U_{\rm {HF}})}{C_{S}(U_{a}+U_{\rm {HF}})+C_{S}(U_{a}-U_{\rm {HF}})}}\right)}}}}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>Kapazitätsdioden können nicht zur Abstimmung von Schwingkreisen mit hohen HF-Spannungen verwendet werden, da ihre Kapazität spannungsabhängig ist und die maximale Sperrspannung beschränkt ist. Weiterhin ist ihre Temperaturabhängigkeit zu berücksichtigen.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li><a href="Ulrich_Tietze" title="Ulrich Tietze">Ulrich Tietze</a>, Christoph Schenk, Eberhard Gamm, <i>Halbleiter-Schaltungstechnik</i>, Springer 2002, 12. Auflage, ISBN 3540428496</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<div class="sisterproject" style="margin:0.1em 0 0 0;"><div class="noresize noviewer" style="display:inline-block; line-height:10px; min-width:1.6em; text-align:center;" aria-hidden="true" role="presentation"><span class="mw-default-size" typeof="mw:File"><span title="Commons"></span></span></div><b><span class=""><a class="external text" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Varicaps?uselang=de"><span lang="en">Commons</span>: Kapazitätsdioden</a></span></b> – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien</div>

<ul><li>Datenblatt einer Kapazitätsdiode, Philips/NXP Varicap Diode BB 212 <a rel="nofollow" class="external autonumber" href="https://html.alldatasheet.com/html-pdf/16073/PHILIPS/BB212/244/1/BB212.html">[1]</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text">DIN EN 60617–5:1997: <i>Graphische Symbole für Schaltpläne, Teil 5: Schaltzeichen für Halbleiter und Elektronenröhren</i></span>

</li>

</ol>

<div>

Normdaten (Sachbegriff): <a href="Gemeinsame_Normdatei" title="Gemeinsame Normdatei">GND</a>: <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://d-nb.info/gnd/4627014-0">4627014-0</a></span> </div>

</div></div></div><div><div class="zim-footer">

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</main>

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</body></html>