Частотні властивості тунельних діодів.

Щоб проявилися основні властивості тунельних діодів при використанні

необхідно, щоб робоча точка знаходилася на ділянці вольт-амперної характеристики з від’ємним опором.

Рисунок 15 Вольт-амперна характеристика тунельного діода

Для цього режиму роботи тунельний діод можна замінити еквівалентною моделлю для безмежно малих прирощень струму і напруги, коли вольт-амперні характеристики можливо апроксимувати прямою.

Рисунок 16 Еквівалентна схема тунельного діода

С – ємність p-n-переходу, паспортна величина, (1-2)пФ

-|Rд| - опір діода на ділянці вольт-амперної характеристики від піку до впадини

r – опір виводів тунельного діоду

r₀ - опір виводів тунельного діоду на частоті =0

А – коефіцієнт, який характеризує матеріал, з якого зроблені виводи

L_д – індуктивність виводів діода

Виходячи із еквівалентної схеми можна визначити дві основні частоти, які характеризують тунельний діод. Для цього знайдемо відносно входу комплексну величину опору діода.

Для роботи тунельного діода в режимі генератора необхідно, щоб завжди проявлялися його властивості перетворення постійного струму в змінний, а це можливо, якщо будуть проявлятися властивості його характеристики. Аналізуючи залежність комплексного опору тунельного діода можна визначити дві характерні частоти

1. резонансна частота – це частота, на якій уявна частина комплексного опору буде рівна 0: ImZ=0

З цього можна визначити частоту резонансу:

Це гранична частота на якій може працювати тунельний діод.

2. прирівнявши нулю дійсну частину, можна отримати критичну частоту (резистивну).

Це гранична частота на якій закінчуються властивості діоду, коли від’ємний опір не буде проявлятися.

У нормально виготовлених діодів, які використовуються в генераторах, резонансна частота повинна бути набагато більшою, ніж резистивна, щоб не виникали негативні явища при збудження генераторів.

Температурна залежність параметрів тунельного діода

Струм тунельного діоду складається із двох частин (складових): тунельна і інжекційна.

Тунельна складова обумовлена струмом рівня Фермі за рахунок високої концентрації домішок, а інжекційна складова обумовлена інжекцією носіїв заряду через p-n-перехід.

Вплив температури на ці складові різний. На тунельну складову впливають наступні фізичні фактори при зміні температури:

1. зі збільшенням температури зменшується ширина забороненої зони, це приводить до зменшення товщини потенційного бар’єру, через який тунелюють електрони і тунельна складова збільшується, тобто збільшується піковий струм тунельного діоду.

2. при збільшенні температури змінюється розподіл електронів по енергетичним рівням і рівень Фермі зміщується вниз, що приводить до зменшення переходу числа електронів із n-області в р- область, а відповідно до цього тунельна складова повинна зменшуватися.

Ці два фактори відносно тунельної складової діють в різних напрямках. У більшості тунельних діодів ці фактори практично урівноважують один одного і піковий струм тунельного діоду практично не залежить від температури.

Збільшення температури збільшує інжекційну складову, як і в звичайних діодах тому зі збільшенням температури буде збільшуватися струм впадини і при деякій критичній температурі у тунельного діода не буде ділянки з від’ємним диференційним опором.

Варикапи

Варикап – це напівпровідниковий діод, в якому використовується залежність ємності p-n-переходу від зміни зворотної напруги.

Рисунок 17 Позначення варикапа на схемах

Використовується як ємність в схемі з електричним керуванням величини.

Варикап, як елемент схеми можна представити еквівалентною схемою:

Рисунок 18 Еквівалентна схема варикапа

де:

L_в - індуктивність виводів і їх опір

r_б - опір бази, і так як він набагато більше опору виводів, то опір виводів в більшості випадків не показують

C_бар , r_пер - бар’єрна ємність переходу і його опір, які ввімкнені паралельно.

Перехід який використовується в варикапі, як і перехід звичайного діода, має дві складові ємності: дифузійна (проявляє свої властивості тільки при прямому включенні, і яку практично не враховують, тому що вона ввімкнена паралельно з дуже малим прямим опором p-n-переходу) і бар’єрна (проявляє свої властивості при включенні в зворотному напрямі і залежить від прикладеної напруги).

n=2 –для різкого переходу; n=3 – для плавного переходу.

Для виготовлення варикапів застосовуються як різкий, так і плавний переходи. У різких більша залежність накопичення зарядів від прикладеної напруги і менша ширина p-n-переходу.

У варикапів із різким переходом ємність С(0) може змінюватися від декількох пікофарад до декількох сот пікофарад. У плавних переходів ширина p-n-переходу набагато більша, відповідно ємність у них менше і плавні переходи практично не застосовуються для виготовлення варикапів.