V procesu konstrukce různých elektronických obvodů je často nutné generovat oscilace různých tvarů. Tento úkol lze řešit různými způsoby. Nejčastěji se k tomu používají různé generátory, což je zesilovač pozitivní zpětné vazby. Můžete také použít prvek se záporným odporem.
Jedním z těchto prvků je tunelová dioda, jejíž charakteristika proudového napětí (VAC) je schematicky znázorněna na obrázku 1. Na stejném místě tečkované čáry označují oblast se záporným střídavým odporem, tj. klesající část charakteristiky I - V, pro kterou dI / dU <0.
Základní vlastnosti tunelové diody
Tunelová dioda, jejíž schéma je znázorněno na obrázku 2, vyvinul v roce 1957 japonský fyzik Leo Esaki, který se stal o 15 let laureátem Nobelovy ceny.
Od ostatních elektronických zařízení v pevné fázi se liší velmi vysokou koncentrací dopantů, v důsledku čehož začínají mít rozhodující vliv na jeho parametry z hlediska vodivosti, tj. stane se původní polovodič (nejčastěji Ge nebo GsAs) degenerovat. Z tohoto důvodu někteří badatelé dokonce vyčleňují takové materiály do speciální skupiny polokovů.
Navíc má ve srovnání s klasickými polovodičovými diodami několikrát menší tloušťku oblasti spojení pn a zvýšil se asi o dvojnásobek tzv. potenciální bariéra, která umožňuje kvantové mechanické tunelování účinek.
Pevnosti součásti určuje hlavně extrémně jednoduchá struktura a malá šířka jeho pracovní oblast, která umožňuje snížit potenciál kontrolní akce na několik milivoltů. Tyto vlastnosti poskytují znatelně menší setrvačnost ve srovnání s tranzistory a schopnost normálně fungovat při frekvencích desítek GHz.
Spolu s tím se prvek vyznačuje nízkou spotřebou energie a je schopen plně fungovat při minimálním napětí napájecího zdroje.
Tunelová dioda je vysoce odolná vůči ionizujícímu záření.
Za hlavní nevýhody se považuje rychlá degradace parametrů během provozu a nízká odolnost proti přehřátí. Dioda navíc vyžaduje velmi pečlivé zacházení při nastavování obvodu a odstraňování problémů. může selhat i při normální kontinuitě s multimetrem.
Hlavní parametry a pole použití
Seznam pasových charakteristik prvku obvykle zahrnuje:
- maximální přípustný proud, špičkový proud a žlabový proud charakteristiky I - V;
- předpětí;
- vlastní kapacita;
- přímý aktivní odpor.
V polovodičových mikrovlnných obvodech se tunelová dioda používá v:
- vysokorychlostní spínače;
- obvody pro generování a zesilování oscilací v rozsahu vlnových délek milimetrů.
Jako příklad ukazuje obrázek 3 diagram nejjednoduššího generátoru založeného na tomto prvku.
Pracovní frekvence obvodu je nastavena obvodem LC a tunelová dioda VD funguje jako klíčový prvek, který kompenzuje ztráty energie v obvodu během procesu generování. Výstupní signál je získáván z odporu Rn.