Bij het construeren van verschillende elektronische schakelingen is het vaak nodig om oscillaties met verschillende vormen te genereren. Deze taak kan op verschillende manieren worden opgelost. Meestal worden hiervoor verschillende generatoren gebruikt, wat een positieve feedbackversterker is. Je kunt ook een element met negatieve weerstand gebruiken.
Een van deze elementen is een tunneldiode, waarvan de stroom-spanningskarakteristiek (VAC) schematisch is weergegeven in figuur 1. Op dezelfde plaats markeren stippellijnen het gebied met negatieve AC-weerstand, d.w.z. het dalende deel van de I - V-karakteristiek waarvoor dI / dU <0.
Basiseigenschappen van een tunneldiode
De tunneldiode, waarvan het schema wordt weergegeven in figuur 2, werd in 1957 ontwikkeld door de Japanse natuurkundige Leo Esaki, die 15 jaar later Nobelprijswinnaar werd.
Het verschilt van andere solid-state elektronische apparaten door een zeer hoge concentratie aan doteermiddelen, waardoor ze starten een beslissende invloed hebben op zijn parameters in termen van geleidbaarheid, d.w.z. de originele halfgeleider (meestal Ge of GsAs) wordt ontaarden. Om deze reden selecteren sommige onderzoekers dergelijke materialen zelfs in een speciale groep halfmetalen.
Bovendien heeft het in vergelijking met klassieke halfgeleiderdiodes een veel kleinere dikte van het pn-junctiegebied en verhoogd met ongeveer twee keer de zogenaamde. potentiële barrière, die de manifestatie van kwantummechanische tunneling mogelijk maakt effect.
De sterke punten van het onderdeel worden voornamelijk bepaald door de uiterst eenvoudige opbouw en geringe breedte het werkgebied, dat het mogelijk maakt om het potentieel van de controleactie te verminderen tot eenheden van millivolt. Deze functies bieden merkbaar minder traagheid in vergelijking met transistors en de mogelijkheid om normaal te functioneren op frequenties van tientallen GHz.
Daarnaast wordt het element gekenmerkt door een laag stroomverbruik en kan het volledig functioneren op de minimale spanning van de voeding.
De tunneldiode is zeer goed bestand tegen ioniserende straling.
De belangrijkste nadelen worden beschouwd als de snelle achteruitgang van de parameters tijdens bedrijf en de lage weerstand tegen oververhitting. Bovendien vereist de diode een zeer zorgvuldige behandeling tijdens het instellen van het circuit en het oplossen van problemen. kan zelfs mislukken bij normaal bellen met een multimeter.
Belangrijkste parameters en toepassingsgebieden
De lijst met paspoortkenmerken van een element omvat meestal:
- maximaal toelaatbare stroom, piekstroom en dalstroom van de I - V-karakteristiek;
- voorspanning;
- eigen capaciteit;
- directe actieve weerstand.
In halfgeleidende microgolfschakelingen wordt een tunneldiode gebruikt in:
- snelle schakelaars;
- schakelingen voor het genereren en versterken van oscillaties in het millimetergolflengtebereik.
Als voorbeeld toont figuur 3 een diagram van de eenvoudigste generator op basis van dit element.
De werkfrequentie van het circuit wordt bepaald door het LC-circuit en de VD-tunneldiode fungeert als een sleutelelement dat energieverliezen in het circuit tijdens het opwekkingsproces compenseert. Het uitgangssignaal is afkomstig van de weerstand Rн.