Klemmdioden - clamp dioden

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Kann mir jemand erklären, was Klemmdioden(clamp dioden) sind und was der Unterschied zu 08-15-Dioden ist?

Ich habe folgende Schaltung:

 Vcc Vcc 
 | |
 ----- ---
 / \ | |
 / \ --------O| |
 ----- | | |
 | | -- 
 | | |
 | | |----- VOut
Vin--|-------| |
 | | -- 
 | | | |
 | ---------| |
 ----- | |
 / \ --
 / \ |
 ----- |
 | |
 | |
 | |
 Gnd Gnd

mit einem p-Mos, einem n-Mos und zwei Dioden.

Die Dioden sollen Spannungen größer als Vcc + Uk (Knickspannung der Dioden) und kleiner als -Uk an den Gates verhindern.

Mir ist aber überhaupt nicht verständlich, wie das gehen soll.
Kann mir da jemand helfen?
Danke.

#2

Hallo!

Kann mir jemand erklären, was :Klemmdioden(clamp dioden) :sind und was der Unterschied :zu 08-15-Dioden ist?

Klemmdiode bezeichnet die Anwendung, keinen besonderen Diodentyp. Die verwendeten Dioden müssen je nach
Anwendung ausreichend schnell sein und/oder einen bestimmten Strom führen können.

In der skizzierten Anwendung könnte man die Dioden als Klemmdioden bezeichnen, obwohl ich Begrenzer- oder
Clippingdioden passender finde.

Unter Klemmschaltungen versteht man i. a. etwas anderes, nämlich Schaltungen zur Erzeugung eines bestimmten Potentials nach einer kapazitiven Signaltrennung. Die dafür verwendete Diode wird als Klemmdiode bezeichnet.

Die Dioden sollen Spannungen :größer als Vcc + Uk und :kleiner als -Uk an den Gates :verhindern. Mir ist aber :überhaupt nicht verständlich, :wie das gehen soll.

Bei einer Gatespannung > Vcc + Uk wird die obere Diode leitend. Unter der Voraussetzung, daß der Innenwiderstand der Signalquelle Vin größer ist als der Innenwiderstand von Vcc, wird die Gatespannung auf Vcc + Uk begrenzt.

Gruß
Wolfgang

#3

Ergänzungen
Hallo!

Kann mir jemand erklären, was Klemmdioden(clamp dioden)
sind und was der Unterschied zu 08-15-Dioden ist?

So wie in der Schaltung angegeben, soll eben verhindert
werden, daß die Eingangsspannung nicht über die max.
zulässige Spannungn steigt (konkret also nicht über
Vcc und nicht unter gnd).

Solche Schutzschaltungen werden vielfältig verwendet
(z.B. auch zum Schutz von Eingängen an OPV, dann aber
meist in Verbindung mit einen zusätzlichen Vorwiderstand).

Was für Dioden dafür gebraucht werden, hängt davon
ab, welches Eingangssignal im Extremfall erwartet werden
kann und welche sonstigen Randbedingungen erfüllt werden
sollen.
Wenn das Eingangssignal sehr schnell sein kann ,
-> z.B. schnelle Si-Schaltdioden oder auch Schottkydioden
(dann z.B. keine langsame Gleichrichterdiode).

In vielen Digital-IC sind Schottkydioden schon mit als
Eingangsschutz integriert.

Dann muß auch die Sperrschichtkap. der Dioden hinreichend
klein sein, weil diese als kap. Last mit an der Signal-
leitung hängt.

Wenn der Eingangsstrom hoch sein kann, dann
-> ausreichende Strombelastbarkeit (bei Si-Dioden meist
sehr gut, bei Schottkydioden weniger gut)

Wenn dieser Schutz z.B. in einem hochohmigen Analogeingang-
schaltung Verwendung findet, ist der Sperrstrom und die
Temperaturdrift des Sperrstromes noch von Bedeutung.

In der skizzierten Anwendung könnte man die Dioden als
Klemmdioden bezeichnen, obwohl ich Begrenzer- oder

Die Dioden „klemmen“ aber quasi den Eingang zwischen
Vcc und gnd fest.

Die Dioden sollen Spannungen größer als Vcc + Uk und ::kleiner als -Uk an den Gates verhindern. Mir ist aber
überhaupt nicht verständlich, wie das gehen soll.

Bei einer Gatespannung > Vcc + Uk wird die obere Diode
leitend. Unter der Voraussetzung, daß der Innenwiderstand der
Signalquelle Vin größer ist als der Innenwiderstand von Vcc,
wird die Gatespannung auf Vcc + Uk begrenzt.

Daraus folgt, daß unter Umständen auch auf die Beschaltung
der Betriebsspannung geachtet werden muß.

  • z.B. ausreichen abblocken -> niederohmig gegen HF-Impulse
  • z.B. Varistoren und Transsorbdioden als Spannungs-
    begrenzung -> auch DC-Stromfestigkeit.

Gruß Uwi

#4

Vielen dank für die schnelle Hilfe.

Mir sind aber leider noch einige Sachen unklar…
Wenn ich nun also ein Vin habe mit: Vin Vcc+Uk ist, müsste dann nicht trotzdem Vin an den Gates anliegen, schließlich sind sie doch direkt verbunden???

Oder fällt an der Diode die Spannung Vin ab und nur Vcc liegt dann an den
Gates an???

danke

#5

Hallo,

Mir sind aber leider noch einige Sachen unklar…
Wenn ich nun also ein Vin habe mit: Vin Vcc+Uk ist, müsste dann nicht trotzdem
Vin an den Gates anliegen, schließlich sind sie doch direkt
verbunden???

Logisch, das ist prinzipiell so.
Die Einschränkung besteht aber darin, daß V_in nicht
über ca. 6V steigen kann, weil es sonst über die Diode
gegen +Vcc kurzgeschlossen („geklemmt“) wird.
Daraus resultiert natürlich die Bedingung, daß R_in
der Signalquelle deutlich größer sein muß als der
Innenwiderstand von Vcc gegen gnd (aber das hatte
Wolfgang ja schon erwähnt).
Dann kann also V_in bei einer Betriebsspannung von z.B. 5V
nicht über ca. 6V steigen (was für IC mit 5V Betriebsspannung
völlig ok. wäre).

Oder fällt an der Diode die Spannung Vin ab und nur Vcc
liegt dann an den Gates an???

Quatsch, an einer leitenden Diode fällt die Diodenfluß-
spannung Uk ab was denn sonst!
-> also bei Si ca.0.6…1V,
-> und bei Schottkydiode ca. 0,3…0,5V

Gruß Uwi

#6

Hallo Uwi,

Die Einschränkung besteht aber darin, daß V_in nicht
über ca. 6V steigen kann, weil es sonst über die Diode
gegen +Vcc kurzgeschlossen („geklemmt“) wird.

o.k.

Daraus resultiert natürlich die Bedingung, daß R_in
der Signalquelle deutlich größer sein muß als der
Innenwiderstand von Vcc gegen gnd

Hier verwirrst Du evt. unseren Fragesteller unabsichtlich ein wenig über Gebühr, daher 2 Punkte:

  1. R_in ist der Ausgangswiderstand der Signalquelle, UND/ODER der Eingangswiderstand der Schaltung (im original aber nicht eingezeichnet)

  2. Es gibt keinen Innenwiderstand von VCC gegen gnd, sondern maximal einen Innenwiderstand der Dioden von V_in gegen gnd ODER VCC (zuzüglich der Diodenspannung). Dieser kann meist vernachlässigt werden.

Daher eventuell nochmal zusammengefasst:

Zwischen Signal und Climb-Dioden muß ein Widerstand liegen, z.B. Ausgangswiderstand der Signalquelle.
bei V_in > VCC + VK
oder V_in

#7

In vielen Digital-IC sind Schottkydioden schon mit als
Eingangsschutz integriert.

Schottky-Diodem lassen sich nur schwer integrieren. Die Technologie ist nicht ganz trivial. Aus diesem Grund finden sie nur bei teuren, superschnellen ICs Anwendung.

In Digital-IC sind es ganz normale pn-Übergänge ohne besondere Merkmale.

#8

Hallo,

In vielen Digital-IC sind Schottkydioden schon mit als
Eingangsschutz integriert.

Schottky-Diodem lassen sich nur schwer integrieren.
Die
Technologie ist nicht ganz trivial. Aus diesem Grund finden
sie nur bei teuren, superschnellen ICs Anwendung.

Soweit ich mich noch an die Halbleiterphysik erinnern kann,
werden Schottkydioden als Metall-Halbleiterübergang
realisiert und sind auch ein parasitärer Effekt zw.
Halbleiter und der Metallisierung auf dem Chip.

Technisch genutzt werden integrierte Schottkydioden seit
über 30 Jahren auch in ganz billigen IC der
Standard-TTL-Reihen 74Sxx, 74LSxx, und 74ALSxx.

Gruß Uwi

#9

Technisch genutzt werden integrierte Schottkydioden seit
über 30 Jahren auch in ganz billigen IC der
Standard-TTL-Reihen 74Sxx, 74LSxx, und 74ALSxx.

richtig, jedoch heißen die nicht so, weil Schottky-Dioden als Clamp-Dioden verwendet werden. In der Mehrheit der ICs werden heute pn-Übergänge verwendet.

#10

hast ja prinzipiell recht
Hallo,

Technisch genutzt werden integrierte Schottkydioden seit
über 30 Jahren auch in ganz billigen IC der
Standard-TTL-Reihen 74Sxx, 74LSxx, und 74ALSxx.

richtig, jedoch heißen die nicht so, weil Schottky-Dioden als
Clamp-Dioden verwendet werden.

Die Diode zwischen Basis und Kollektor bei den Schottky-TTL-Reihen ist prinzipiell auch eine Clampdiode
(wenn auch mit etwas anderer Begründugn, also nicht als
Eingangsschutz)!
Gruß Uwi

In der Mehrheit der ICs werden heute pn-Übergänge verwendet.

Ja, da inzwischen die TTL-Reihen duch CMOS bestimmt werden,
ist das in Praxis so. Da werden hauptsächlich normale
pn-Übergänge genutzt.
Gruß Uwi