Лабораторная работа №5

Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет.

Кафедра диэлектриков и полупроводников.

Лабораторная работа №5.

"Исследование туннельных диодов".

Студент: Виноградов К.Ю.

Группа: 6361

Преподаватель: Кальнин А.А.

15.7.2019

Цель работы ;

Иследование статической вольт-амперной характеристики туннельного диода (ТД) и

изучение характеристики простейшего устройства на ТД, способного выполнять функцию памяти.

Установка для исследований ;

1. Схема установки для исследования статической вольт-амперной характеристики методом вольтметра и амперметра приведена на рис.1. Основная методическая трудность при исследовании состоит в том, что на участке отрицательного дифференциального сопротивления (ОДС) практически всегда возникает генерация электрических колебаний в СВЧ диапазоне. Колебательная система при этом состоит из индуктивности выводов и емкости структуры, корпуса и выводов ТД. Для исключения СВЧ колебаний необходимо снизить добротность колебательной системы. С этой целью уменьшена до минимума длина внешних выводов диода, а он сам зашунтирован конденсатором С. Этот конденсатор, имея малое реактивное сопротивление для СВЧ сигнала, подавляет генерацию.

2.Схема для исследования дикретно-аналоговой памяти на туннельных диодах приведена на рис.2.(а).Цепь из десяти туннельных диодов включена на источник тока.Значение тока Io выбирают таким, чтобы на вольт-амперной характеристике имело место двузначность напряжения.Диапозон то ков,обеспечивающий двузначность напряжения, отмечен на рис.2.(б). штриховкой . В пределах этого диапозона есть два устойчивых напряжения Umin и Umax,причем переход от Umin к Umax и обратно может быть произведен подключением внешнего источника напряжения Ux.

а) б)

Рис 2.Схема дискретно -аналоговой памяти напряжения(а) и диапозон токов Io, обеспечивающий двузначность напряжения(б)

Если Ux окажется ближе к Umin, то после снятия Ux на ТД останется напряжение Umin, а если Ux будет ближе к Umax , то после отключения Ux на ТД останется Umax.Таково общее свойство : одиночная ‘складка’ на вольт- амперной характеристике обеспечивает бистабильность остаточного напряжения.

В цепи с большим числом туннельных диодов , включенных в прямом направлении , может быть реализовано большое число вариантов распределения напряжения между ТД: часть диодов может иметь напряжение Umin, а часть-Umax.Эта комбинация может сохраняться неограниченно долго.Кратковременную подачу напряжения Ux на цепь туннельных диодов производят с помощью кнопочного выключателя S2, в результате чего происходит совокупность вынужденных переключений диодов . При отключении сигнала Ux, на цепи будет остаточное напряжение Uост, близкое по знаению к Ux. Число дискретных уровней остаточного напряжения определяется числом туннельных диодов в цепи. Для исследуемой схемы это число равно десяти.

Порядок проведения исследований.

Исследование вольт-амперной характеристики .

Переключатель ‘ВАХ-ПАМ’ поставить в положение ‘ВАХ’. С помощью регулятора G1 установить прямые напряжения на туннельномдиоде в пределах от 0 до1.2 В. Обратный ток следует изменятьт в пределах от 0 до 2мА. Всего необходимо зафиксировать 20...25 экспериментальных точек.Особо следует отметить значения максимального,т.е. пикового тока и минимального, т,е. тока впадины.

Исследование дискретно-аналоговой памяти.

Переключатель ‘ВАХ-ПАМ’ поставить в положение ‘ПАМ’.Функция памяти может быть охарактеризована с помощью зависимости остаточного напряжения Uост от сигнального напряжения Ux.Регулирование напряжения Ux производят с помощью регулятора G2.Ввод напряжения Ux в память производят путем кратковременного нажатия кнопки S2.После нажатия кнопки отмечать остаточное напряжение Uост.Изменять Ux следует в пределах 0...10В, зафиксировав при этом не менее 30 экспериментальных точек. Аналогичные исследования провести при уменьшении сигнального напряжения от 10В до нуля.

Анализ экспериментальных результатов;

По экспериментальным данным построить ВАХ туннельного диода и зависимость U_ост=f(U_x) для устройства памяти.

Прямые напряжения на туннельном диоде

Uпр,В	0,125	0,25	0,375	0,5	0,625	0,75	0,875	1,0	1,125	1,2
Iпр,мА	1,5	1,2	0,3	0,2	0,2	0,3	0,7	1,5	2,5	2,5

Обратные токи на туннельном диоде

Iобр,мА	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0
Uобр,В	0	0,04	0,05	0,07	0,07	0,08	0,1	0,12	0,14	0,15

ВАХ туннельного диода при обратном токе

ВАХ туннельного диода при прямом напряжении

Кратность тока на участке изменения ОДС Iп/ Iв=7.5

Зависимость остаточного напряжения U_ост от сигнального напряжения Ux при увеличении сигнального напряжения

Ux,В	0,4	0,8	1,2	1,6	2	2,4	2,8	3,2	3,6	4
Uост,В	0	1,1	1,1	2	2	2,8	2,8	2,9	3,6	3,6
Ux,В	4,4	4,8	5,2	5,6	6	6,4	6,8	7,2	7,6	8
Uост,В	4,5	5,2	5,3	5,3	6	6,1	7	8,4	8,4	8,4
Ux,В	8,4	8,8	9,2	9,6	10
Uост,В	8,4	8,5	8,5	8,5	8,5

Зависимость остаточного напряжения U_ост от сигнального напряжения U x при уменьшении сигнального напряжения

Ux,В	10	9,6	9,2	8,8	8,4	8,0	7,6	7,2	6,8	6,4
Uост,В	8,5	8,4	8,4	8,4	8,4	8,4	8,4	8,4	7	7
Ux,В	6	5,6	5,2	4,8	4,4	4	3,6	3,2	2,8	2,4
Uост,В	7	6,4	6,4	6,8	4,7	4,4	3,8	4,8	2,9	2,9
Ux,В	2	1,6	1,2	0,8	0,4
Uост,В	2	2	1,2	1,2	0

U_ост=f(U_x) при увеличении Ux

U_ост=f(U_x) при уменьшении Ux

Вывод:

1. Туннельные диоды характеризуеются специфическими параметрами,

по рис.1 видно:

1. Пиковый ток I_П » 1,5мА

2. Ток впадины I_В » 0,2мА

3. Отношение токов тунельного диода I_П/I_В »7,5 мА

4. Напряжение пика U_П » 0,125 В

5. Напряжение впадины U_В » 0,55 В

6. Напряжение раствора U_Рр » 1 В.

2. Тунельный диод обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением в

некотором диапазоне прямым напряжений. Из рис.1 видно, что чем больше ширина запрещенной зоны исходного полупроводника, тем при больших напряжениях наблюдается отрицательное дифференциальное сопротивление.