Э Тема 12 Туннельные диоды 24.06.2014 9

Туннельные диоды. Слайд 1. Всего 9
Тема
ТУННЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Туннельные диоды. Слайд 2. Всего 9
Туннельный диод изготовляется из германия или арсенида
галлия с высокой концентрацией примеси (1019…1020 см-3), т.е. с
очень малым удельным сопротивлением в сотни или тысячи раз
меньшим, чем в обычных диодах. Такие полупроводники
называют вырожденными. Электронно-дырочный переход в
вырожденным полупроводнике получается тоньше (10-6 см), чем
в обычных диодах, а потенциальный барьер примерно в два раза
выше. В обычных полупроводниковых диодах высота
потенциального барьера равна примерно половине ширины
запрещённой зоны, а в туннельных диодах она несколько
больше этой ширины. Вследствие малой толщины перехода
напряженность поля в нём даже при отсутствии внешнего
напряжения достигает 106 В/см.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Туннельные диоды. Слайд 3. Всего 9
В туннельном диоде, как и в обычном, происходит
диффузионное перемещение носителей через электроннодырочный переход и обратный их дрейф под действием поля.
Но кроме этих процессов основную роль играет туннельный
эффект. О состоит в том, что согласно законам квантовой
физики, при достаточно малой высоте потенциального
барьера возможно проникновение электронов через барьер без
изменения их энергии. Такой туннельный переход электронов
с энергией меньшей, высоты потенциального барьера (в
электрон-вольтах), совершается в обоих направлениях, но
только при условии, что по другую сторону барьера для
туннелирующих электронов имеются свободные уровни
энергии.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Туннельные диоды. Слайд 4. Всего 9
iПР
4
imax
3
1
3
2
1
2
imin
UОБР
-0,1
0
-0,1
-0,2
0,1
0,2
U1
U2
На участке 1-2 R ДИФ
0,3
0,4
uПР
U3
du
 Ri 
0
di
Штриховой линией показана характеристика диффузионного прямого тока.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Туннельные диоды. Слайд 5. Всего 9
Основные параметры туннельных диодов:
1. Ток Imax
2. Ток Imin
3. Напряжение максимума U1
4. Напряжение минимума U2
5. Напряжение U3, соответствующее току Imax, на втором
восходящем участке ВАХ.
Часто указывается отношение Imax/ Imin, которое бывает равно
нескольким единицам.
Разность U = U3 – U1 называется напряжением
переключения или напряжением скачка.
Токи в современных туннельных диодах составляют единицы
миллиампер, напряжения – десятые доли вольта.
Дифференциальное сопротивление туннельного диода
составляет обычно несколько десятков Ом.
Общая ёмкость туннельного диода составляет единицы десятки пФ, время переключения – доли наносекунды,
максимальная частота – сотни ГГц.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Туннельные диоды. Слайд 6. Всего 9
Включая туннельный диод в различные схемы,
можно его отрицательным сопротивлением
компенсировать
положительное
резистивное
(активное) сопротивление и получать режим
усиления или генерации колебаний. Но для этого
рабочая точка должна находиться на участке 1-2
ВАХ.
iПР
1
3
2
0
Автор Останин Б.П.
uПР
Конец слайда
Туннельные диоды. Слайд 7. Всего 9
Простейшая схема генератора колебаний на
туннельном диоде
~
~
С
L
iПР
1
3
~
~
UП
СШ
2
0
uПР
Работа генератора. При включении питания в контуре LC возникают
свободные колебания. Без добавления энергии в контур они бы затухли.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Туннельные диоды. Слайд 8. Всего 9
iПР
1
~
~
С
3
L
~
UП
СШ
2
~
0
uПР
Пусть напряжение питания выбрано таким, чтобы диод работал на
участке с отрицательным дифференциальным сопротивлением (участок 1-2).
Пусть во время одного из полупериодов переменное напряжение имеет
полярность, показанную на схеме знаками плюс со значком синусоиды и
минус со значком синусоидой. Напряжение от контура подаётся на диод и
является для него обратным. Прямое напряжение на диоде уменьшается. Но
т.к. диод работает на падающем участке ВАХ, ток возрастает, т.е. проходит
импульс тока, добавляющий энергию в контур. Если эта энергия достаточна
для компенсации потерь в контуре, то колебания в контуре станут
незатухающими.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Туннельные диоды. Слайд 9. Всего 9
Простейшая схема усилителя колебаний на туннельном диоде
iПР
VD
1
RH uВЫХ
uВХ
ТП
UП
СШ
2
0
uПР
uВХ
uВЫХ
Автор Останин Б.П.
t
t
Конец слайда