W procesie budowy różnych układów elektronicznych często konieczne jest generowanie drgań o różnych kształtach. To zadanie można rozwiązać na różne sposoby. Najczęściej używa się do tego różnych generatorów, czyli wzmacniacza z dodatnim sprzężeniem zwrotnym. Możesz również użyć elementu o ujemnej odporności.
Jednym z tych elementów jest dioda tunelowa, której charakterystykę prądowo-napięciową (VAC) przedstawiono schematycznie na rysunku 1. W tym samym miejscu liniami przerywanymi zaznaczono obszar o ujemnej rezystancji AC, tj. opadająca część charakterystyki I - V, dla której dI / dU <0.
Podstawowe właściwości diody tunelowej
Dioda tunelowa, której schemat przedstawiono na rysunku 2, została opracowana w 1957 roku przez japońskiego fizyka Leo Esakiego, który 15 lat później został laureatem Nagrody Nobla.
Różni się od innych półprzewodnikowych urządzeń elektronicznych bardzo wysokim stężeniem domieszek, w wyniku czego się one zaczynają mieć decydujący wpływ na swoje parametry w zakresie przewodnictwa, tj. staje się oryginalnym półprzewodnikiem (najczęściej Ge lub GsAs) zdegenerowany. Z tego powodu niektórzy badacze klasyfikują takie materiały nawet do specjalnej grupy półmetali.
Dodatkowo w porównaniu z klasycznymi diodami półprzewodnikowymi ma kilkakrotnie mniejszą grubość obszaru złącza pn i zwiększył się o około dwa razy tzw. potencjalna bariera, która umożliwia tunelowanie mechaniki kwantowej efekt.
O wytrzymałości elementu decyduje przede wszystkim niezwykle prosta konstrukcja i niewielka szerokość jego obszar roboczy, co umożliwia zmniejszenie potencjału działania kontrolnego do kilku miliwoltów. Cechy te zapewniają zauważalnie mniejszą bezwładność w porównaniu z tranzystorami i zdolność do normalnej pracy na częstotliwościach dziesiątek GHz.
Oprócz tego element charakteryzuje się niskim poborem mocy i jest w stanie w pełni funkcjonować przy minimalnym napięciu zasilacza.
Dioda tunelowa jest wysoce odporna na promieniowanie jonizujące.
Za główne wady uważa się szybką degradację parametrów podczas pracy oraz niską odporność na przegrzanie. Ponadto dioda wymaga bardzo ostrożnej obsługi podczas konfiguracji obwodu i rozwiązywania problemów. może zawieść nawet przy normalnej ciągłości z multimetrem.
Główne parametry i obszary zastosowania
Lista cech paszportowych elementu zwykle obejmuje:
- maksymalny dopuszczalny prąd, prąd szczytowy i prąd minimalny charakterystyki I - V;
- napięcie polaryzacji;
- własne zdolności;
- bezpośredni opór czynny.
W półprzewodnikowych obwodach mikrofalowych dioda tunelowa jest stosowana w:
- szybkie przełączniki;
- obwody do generowania i wzmacniania oscylacji w zakresie długości fal milimetrowych.
Jako przykład na rysunku 3 przedstawiono schemat prostego generatora opartego na tym elemencie.
Częstotliwość pracy obwodu jest ustawiana przez obwód LC, a dioda tunelowa VD działa jako kluczowy element kompensujący straty energii w obwodzie podczas procesu wytwarzania. Sygnał wyjściowy jest pobierany z rezystora Rn.