PIN-Dioden (p-, n- oder Eigenhalbleiter) werden als Schalter, Dämpfungsglieder und Phasenschieber in HF- und Mikrowellen-Anwendungen eingesetzt. Sie weisen nur geringe Serienverluste und Verzerrungen auf und verkraften hohe HF-Leistungen, die sich mit relativ geringen Steuerspannungen schalten lassen.

PIN-Dioden-Treiber haben die folgenden typischen Eigenschaften: TTL-, CMOS- oder andere Logik-Schnittstellen, bipolare Ausgangsspannung (±3 V für dieses Design) und sie nehmen Ströme von 10 bis 25 mA dauerhaft auf oder treiben diese. Darüber hinaus liefern PIN-Dioden-Treiber Spitzenströme mit kurzen Anstiegs- und Abfallzeiten und verursachen nur minimale Verzögerungen.

Die Schaltung in Bild 1 erfüllt alle genannten Anforderungen. Als Kernstück dienen zwei Clamp-Verstärker (U2 und U3) des Typs AD8037, die auf eine nicht-invertierende Verstärkung von +4 eingestellt sind. Aufgrund seines speziellen Eingangs-Clamp-Verhaltens ermöglicht der AD8037 ein extrem sauberes und genaues Clamping. Die beiden Verstärker verstärken das Eingangssignal linear bis zu dem Punkt, an dem das Produkt aus Verstärkung und Clamp-Spannungen (U_ch und U_cl) überschritten wird.

Bei einer Verstärkung von +4 und Clamp-Spannungen von ±0,75 V ergibt sich eine max. Ausgangsspannung von ±3 V. In diesem Fall ist die Ausgangsspannung viermal höher als die Eingangsspannung, wenn am Eingang weniger als ±0,75 V anliegen. Bei Eingangsspannungen über ±0,75 V wird die Ausgangsspannung auf ±3 V „geklemmt“. Diese Clamping-Eigenschaft ermöglicht beim Übersteuern eine sehr schnelle Erholung (normalerweise weniger als 2 ns). Die Clamp-Spannungen U_ch und U_cl erhält man über die Spannungsteiler R₂, R₃, R₇ und R₈.

Das XOR-Logik-Gate 74F36 (U1) liefert ein komplementäres Treibersignal für die beiden Verstärker AD8037 (U2 und U3) mit minimalem zeitlichen Versatz zwischen den beiden komplementären Ausgängen. Die Widerstände R₄, R₅, R₉ und R₁₀ sind für die Pegelanpassung des TTL-Ausgangs auf etwa ±1,2 V zuständig. Mit dieser Spannung werden U2 und U3 über R₁₀ und R₁₂ angesteuert.

Bei der hier vorgestellten Schaltung werden die Eingänge von U2 und U3 absichtlich übersteuert, damit die Ausgänge in den „geklemmten“ Zustand gelangen. Somit wird der Ausgangspegel für den PIN-Dioden-Treiber auf ±3 V eingestellt. Die Widerstände R₁₆ und R₁₇ begrenzen den Betriebsstrom. Über die Kondensatoren C₁₂ und C₁₃ wird der Spitzenstrom für die PIN-Dioden eingestellt.

Die abgebildete Schaltung arbeitet mit bis zu 10 MHz, erreicht ein ausgezeichnetes Schaltverhalten und weist eine Gesamtverzögerung von 15 ns auf. Durch Ändern der Verstärkung oder der Clamp-Spannungen können Ausgangsspannung und Strom auf die jeweilige Anwendung optimiert werden.

Der Autor: John Ardizzoni arbeitet bei Analog Devices.