2.17. Параметры туннельных диодов
Пиковый ток
(от сотен микроампер – до сотен
миллиампер).
Напряжение пика
– прямое напряжение, соответствующее
току
.
Ток впадины
,
соответствующий напряжению
.
Напряжение впадины – прямое напряжение,
соответствующее току
.
Отношение токов
.
Для туннельных диодов из GaAs
отношение
,
для германия равно
.
Напряжение раствора
– прямое напряжение, соответствующее
типовому току на второй восходящей
ветви ВАХ, определяет возможный скачок
напряжения на нагрузке при работе
туннельного диода в схеме переключения.
Отрицательное дифференциальное
сопротивление
,
определяемое на середине падающего
участка BAX.
Удельная емкость
–
отношение емкости туннельного диода к
пиковому току.
Предельная резистивная частота
–
частота, на которой активная составляющая
полного сопротивления диода обращается
в нуль.
Резонансная частота
–
частота, на которой реактивная составляющая
полного сопротивления обращается в
нуль.
Частотные параметры туннельного диода удобно анализировать с помощью эквивалентной схемы (рис. 2.27), соответствующей участку с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
Н
а
схеме:
– емкость диода,
– сопротивление перехода,
– сопротивление потерь, включающее
сопротивление р- и n-областей,
контактов и подводящих проводов,
– индуктивность выводов.
Полное сопротивление схемы на данной частоте ω:
. (2.75)
Приравнивая к нулю действительную часть полного сопротивления, находим предельную частоту, на которой диод способен генерировать колебания:
.
(2.76)
При
,
т.е. частотные свойства определяются
постоянной времени
.
Аналогично можно найти
.
(2.77)
Разработка конструкций туннельных
диодов требует выполнения условий
.
Для этого индуктивность выводов должна
быть по возможности минимальной.
Уменьшение емкости путем уменьшения
площади перехода приводит к увеличению
,
уменьшению пикового тока, но не влияет
на величину
.
Поэтому частотные свойства ТД удобно
характеризовать отношением 
.
Достоинством туннельных диодов являются
высокие рабочие частоты, вплоть до СВЧ,
низкий уровень шумов, высокая температурная
устойчивость, большая плотность тока
(
).
Как недостаток следует отметить малую отдаваемую мощность из-за низких рабочих напряжений и сильную электрическую связь между входом и выходом, что затрудняет их использование.
Разновидностью туннельных диодов являются обращенные диоды, изготовляемые на основе полупроводника с концентрациями примесей в р- и n - областях диода, меньших, чем в туннельных, но больших, чем в обычных выпрямительных диодах.
В этом случае потолок валентной зоны р-области и дно зоны проводимости n-области при нулевом смещении на диоде находятся на энергетической диаграмме на одной высоте.
В
ольт-амперная
характеристика обращенного диода
представлена на рис. 2.28.
Прямая ветвь ВАХ обращенного диода аналогична прямой ветви обычного выпрямительного диода, а обратная ветвь аналогична обратной ветви ВАХ туннельного диода, т.к. при обратных напряжениях происходит туннельный переход электронов из валентной зоны р-области в зону проводимости n-области и при малых обратных напряжениях (десятки милливольт) обратные токи оказываются большими. Таким образом, обращенные диоды обладают выпрямляющим эффектом, но проводящее направление в них соответствует обратному включению, а запирающее – прямому включению. Благодаря этому их можно использовать в детекторах и смесителях на СВЧ в качестве переключателей.