Туннельный диод

Туннельный диод – полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, имеющий в ВАХ при прямом включении участки с отрицательным дифференциальным сопротивлением. УГО туннельного диода приведено на рисунке 23.

Рисунок 23 – УГО туннельного диода

Туннельный эффект заключается в том, что электроны, энергия которых меньше высоты потенциального барьера, при определенных условиях могут преодолевать запрещенную зону без затрат энергии. Этот эффект возникает в p-n переходе с очень тонким запрещенным слоем. В туннельном диоде резко увеличена концентрация примеси, что по электропроводности приравнивается к металлу, поэтому его называют вырожденными полупроводником.

Вольтамперная характеристика туннельного диода приведена на рисунке 24. Приложив к диоду напряжение от 0 до U_П (пиковое) проводимость почти не изменяется (уч. 0-1). Дальнейшее увеличение прямого напряжения приведет к уменьшению туннельного эффекта. При напряжении U_В (впадины - точка 2) туннельный эффект полностью прекращается и ток в этом случае обусловлен током диффузии. В дальнейшем ток на туннельном диоде увеличивается в соответствии с изменением тока в обычном диоде U_РР (раствора).

Рисунок 24 – ВАХ туннельного диода

Таким образом, туннельный диод имеет впалую характеристику (уч.1-3), для него характерно отрицательное сопротивление по переменному току на участке 1 – 2.

Туннельный диод используется в колебательных контурах. С помощью отрицательного сопротивления туннельного диода можно уничтожить потери в контуре. Простейшая схема генератора колебаний с туннельным диодом приведена на рисунке 25.

Рисунок 25– Схема включения туннельного диода

Варикап

Варикап – кремниевый диод, в котором используется зависимость барьерной емкости от обратного напряжения. Применяется в качестве конденсатора переменной ёмкости.

Рисунок 26 – УГО варикапа

Рисунок 27 – Емкостная характеристика варикапа

Применяется в схемах автоматической подстройки частоты, частотной модуляции, в параметрических усилителях. Емкостная характеристика варикапа приведена на рисунке 27. Варикапы главным образом применяются для настройки колебательных контуров. На рисунке 28 показана схема включения варикапа в колебательный контур.

Изменяя с помощью потенциометра R обратное напряжение на варикапе, можно изменить резонансную частоту контура. Добавочный резистор R₁ включена для того, чтобы добротность контура не снижалась заметно с уменьшением сопротивления потенциометра R. Разделительный конденсатор С_Р служит для того, чтобы сопротивление катушки L не снижало емкость варикапа.

Рисунок 28 – Схема включения варикапа

Система обозначений диодов

Она состоит из 5-ти элементов:

1 элемент – обозначает исходный материал (цифра или буква)

Г (1) – германий,

К (2) – кремний,

А (3) – арсенид- галлия.

2 элемент – буква, указывает подкласс прибора:

Д – выпрямительный диод, импульсный диод, ВЧ диоды,

А – СВЧ диод,

С – стабилитрон,

И – туннельный диод,

В – варикап,

Ц – выпрямительные столбы.

3 элемент – цифра, указывающая на назначение прибора и его электрические свойства.

Подкласс Д

1. малой мощности

2. большой мощности

3. для импульсных диодов

Подкласс В

1. - подстроечный варикап

2 - умножительный варикап

Подкласс И

1 - усилительные

2. - генераторные

3. – переключательные

Подкласс С

1-3 - стабилитрон с мощностью до 0,5 Вт

4-6 - стабилитрон с мощностью до 5 Вт

7-9 – стабилитрон с мощностью до 10 Вт

4 элемент – двух-, трех- или четырехзначное число, обозначающее порядковый номер разработки.

5 элемент – разновидность прибора в данной серии изготовления.

Пример расшифровки маркировки диодов.

Вопросы самоконтроля:

1. Выпрямительный диод. Устройство, ВАХ, параметры.

2. Принцип работы схемы простейшего выпрямителя.

3. Стабилитрон. Устройство, ВАХ, параметры.

4. Принцип работы схемы простейшего стабилизатора напряжения.

5. Туннельный диод. Устройство, ВАХ.

6. Схема включения туннельного диода.

7. Варикап: устройство, емкостная характеристика.

8. Схема включения варикапа.

Задача №№ 6-14 из домашнего задания.

Л. 1:[ с. 41-58]