В процеса на изграждане на различни електронни вериги често е необходимо да се генерират трептения с различни форми. Тази задача може да бъде решена по различни начини. Най-често за това се използват различни генератори, което е усилвател с положителна обратна връзка. Можете също да използвате елемент с отрицателно съпротивление.
Един от тези елементи е тунелен диод, чиято характеристика на токово напрежение (VAC) е схематично показана на фигура 1. На същото място пунктирани линии маркират зоната с отрицателно променливо съпротивление, т.е. падащата част на I - V характеристиката, за която dI / dU <0.
Основни свойства на тунелен диод
Тунелният диод, схемата на който е показана на фигура 2, е разработен през 1957 г. от японския физик Лео Есаки, който стана нобелов лауреат 15 години по-късно.
Той се различава от останалите полупроводникови електронни устройства по много висока концентрация на добавки, в резултат на което те започват да има решаващо влияние върху параметрите му по отношение на проводимостта, т.е. оригиналният полупроводник (най-често Ge или GsAs) става изроден. Поради тази причина някои изследователи дори класифицират такива материали в специална група полуметали.
Освен това, в сравнение с класическите полупроводникови диоди, той има няколко пъти по-малка дебелина на pn областта на свързване и се увеличи с около два пъти т.нар. потенциална бариера, която позволява проявата на квантово механично тунелиране ефект.
Силите на компонента се определят главно от изключително простата структура и малката ширина работната му зона, което позволява да се намали потенциалът на управляващото действие до няколко миливолта. Тези характеристики осигуряват значително по-малка инерция в сравнение с транзисторите и способността да функционират нормално на честоти от десетки GHz.
Заедно с това елементът се характеризира с ниска консумация на енергия и е в състояние да функционира напълно при минималното напрежение на захранването.
Тунелният диод е силно устойчив на йонизиращо лъчение.
Основните недостатъци се считат за бързото влошаване на параметрите по време на работа и ниската устойчивост на прегряване. Освен това диодът изисква много внимателно боравене по време на настройка на веригата и отстраняване на неизправности, тъй като може да се провали дори при редовно набиране с мултицет.
Основни параметри и области на приложение
Списъкът на паспортните характеристики на даден елемент обикновено включва:
- максимално допустим ток, пиков ток и най-нисък ток на ВАХ характеристиката;
- напрежение на отклонение;
- собствен капацитет;
- директно активно съпротивление.
В полупроводниковите микровълнови схеми тунелен диод се използва в:
- високоскоростни превключватели;
- вериги за генериране и усилване на трептения в милиметровия диапазон на дължината на вълната.
Като пример, Фигура 3 показва диаграма на най-простия генератор, базиран на този елемент.
Работната честота на веригата се задава от LC веригата, а VD тунелният диод действа като ключов елемент, който компенсира загубите на енергия във веригата по време на процеса на генериране. Изходният сигнал се взема от резистора Rн.