Лабораторна робота № 4 Дослідження тунельного діода

1 Мета роботи: вивчення принципу дії та особливостей роботи тунельного діода, дослідження характеристик та визначення основних параметрів

2 Обладнання: 1 Лабораторний макет;

2 Міліамперметр;

3 Мілівольтметр;

4 Джерело живлення;

5 Потенціометр.

3 Схема дослідження

Рисунок 1 – Cхема дослідження тунельного діода

4 Основні теоретичні положення

Тунельні діоди - це н/п діоди, в яких носії переходять через p-n перехід внаслідок тунельного ефекту, і на ВАХ яких є ділянка з негативним диференційним опором.

Принцип дії базується на тунельному ефекті, який обумовлений хвильовими властивостями електрону, тобто якщо р-n перехід досить тонкий, то вже при порівняно невисокій запірній напрузі виникає поле достатньої напруженості, щоб викликати тунельне проходження електронів крізь перехід, без зміни власної енергії. Електрони переходять через p-n перехід, навіть якщо їх власна енергія менша за вищий енергетичний рівень потенціального бар’єру p-n переходу.

Тунельний ефект спостерігається у вироджених напівпровідниках з дуже великою концентрацією домішок. В таких напівпровідниках товщина запірного шару дуже мала (d ≤ 0,01 мкм). В якості напівпровідникового матеріалу використовується германій, арсенід галія.

Основні параметри:

- піковий струм І₁ - прямий струм в точці максимуму ВАХ;

- струм западини І₂ - прямий струм у точці мінімуму ВАХ;

- напруга піку U₁ - пряма напруга, яка відповідає піковому струму;

- напруга западини U₂ - пряма напруга, яка відповідає мінімальному струму;

- напруга розкриву Uр - пряма напруга на другій гілці підйому при струмі, що дорівнює піковому;

- ємність діоду Сд - сумарна ємність переходу і корпусу діода при заданій напрузі зміщення.

Застосування тунельного діода: генератори; підсилювачі НВЧ; перемикальні пристрої.

ВАХ тунельного діода представлена на рис.2.

Рисунок 2 – Вольт-амперна характеристика тунельного діода

Тунельний діод вмикається у прямому напрямку. Прямий струм діода складається з тунельного та дифузійного. Зворотний струм має таке саме значення, як і прямий, тобто тунельний діод не володіє однобічною провідністю.

Диференційний опір визначається як .

На ділянці АВ ВАХ опір тунельного діода від’ємний – при збільшенні напруги сила струму зменшується.

5 Послідовність виконання роботи

5.1 Зібрати схему дослідження тунельного діода.

5.2 Зняти ВАХ тунельного діоду

5.2.1 Встановити перемикач S1 в положення, що відповідає підключенню мінімального опору R2΄ навантаження в колі діода.

5.2.2 Змінюючи потенціометром напругу, що подається на тунельний діод від джерела живлення, провести вимірювання напруги і струму на діоді не менше, ніж для п’яти точок. При вимірюванні переконатись, що в досліджуваній характеристиці наявні пік і западина за значеннями струму. Занести виміряні параметри у відповідну графу таблиці 1.

5.2.3 Встановити перемикач S1 в положення, що відповідає підключенню середнього опору R2΄΄ навантаження в колі діода.

5.2.4 Повторити вимірювання аналогічно пункту 5.2.2.

5.2.5 Встановити перемикач S1 в положення, що відповідає підключенню найбільшого опору R2΄΄΄ навантаження в колі діода.

5.2.6 Повторити вимірювання аналогічно пункту 5.2.2.

Таблиця 1

№	R2΄ = 39 Ом		R2΄΄ = 64 Ом		R2΄΄΄ = 82 Ом
	U , мВ	І , мА	U , мВ	І , мА	U , мВ	І , мА
1
2
3
4
5
RД, Ом

5.3 Побудувати за знятими точками струмів і напруг три ВАХ діода для кожного значення опору навантаження R2. Побудови виконувати на міліметровому папері в одній системі координат.

5.4 Визначити основні параметри тунельного діоду окремо для кожної ВАХ:

- піковий струм;

- пікову напругу;

- струм западини;

- напругу западини;

- напругу розкриву U_р;

- диференційний опір R_д .

За розрахованими диференційними опорами для кожної ВАХ розрахувати середнє значення диференційного опору:

.