什么是隧道二極管
隧道二極管,又稱為江崎二極管,它是以隧道效應(yīng)電流為主要電流分量的晶體二極管。隧道二極管是采用砷化鎵(GaAs)和銻化鎵(GaSb)等材料混合制成的半導(dǎo)體二極管,其優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)特性好,速度快、工作頻率高;缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性較差。一般應(yīng)用于某些開關(guān)電路或高頻振蕩等電路中。
隧道二極管發(fā)生隧道效應(yīng)三個(gè)條件
?。?)費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶和滿帶內(nèi);
?。?)空間電荷層寬度必須很窄(0.01微米以下);
?。?)簡并半導(dǎo)體P型區(qū)和N型區(qū)中的空穴和電子在同一能級(jí)上有交疊的可能性。
隧道二極管符號(hào)
隧道二極管的電氣符號(hào)如下圖所示:
隧道二極管的伏安特性及其參數(shù)
隧道二極管的伏安特性[見圖一(a)]是一條S型特性曲線。曲線中最大電流點(diǎn)P,稱為峰點(diǎn);最小電流點(diǎn)V,稱為谷點(diǎn),隧道二極管的主要參數(shù):
?。?)峰點(diǎn)電壓Up,約幾十毫伏,谷點(diǎn)電壓Uv,約幾百毫伏
?。?)峰點(diǎn)電流Ipi,約幾毫安,谷點(diǎn)電流Iv約幾百微安
?。?)峰谷電流比,約為5-6,越大越好
?。?)谷點(diǎn)電容Cv,幾微法至幾十微法,越小越好,國產(chǎn)2BS4A:Up=80毫伏,Ip=4毫安,峰谷電流比≥5,Cv=10~15微法,Uv=280毫伏。
圖(b)是常用的隧道二極管脈沖電路,若選取R、E的不同數(shù)值,可作三種具有代表性的直流負(fù)載線:
負(fù)載線Ⅰ圖一(a)與伏安特性交于低壓正阻區(qū)a點(diǎn),它是穩(wěn)定點(diǎn),用于構(gòu)成單穩(wěn)電路。
負(fù)載線Ⅱ與伏安特性相交于負(fù)阻區(qū)的b點(diǎn),它是不穩(wěn)定點(diǎn),用于構(gòu)成多諧振蕩電路。
負(fù)載線Ⅲ與伏安特性交于C、D、E三點(diǎn),C、E為穩(wěn)定點(diǎn),D為不穩(wěn)定點(diǎn),用于構(gòu)成雙穩(wěn)電路,因此,選取不同的靜態(tài)工作點(diǎn)負(fù)載線,就可獲得不同類型的脈沖電路。
隧道二極管多諧振蕩電路
隧道二極管諧振蕩器
圖(a)為自激多諧振蕩電路。靜態(tài)工作點(diǎn)Q置于負(fù)阻區(qū)(見圖3(b))。當(dāng)接通電源后,電流I從零開始增至峰點(diǎn)電流,Ipo但由于靜態(tài)點(diǎn)不穩(wěn)點(diǎn),加上電感不允許電流突變,所以電流增至Ip后,周而復(fù)始地進(jìn)行,從而產(chǎn)生了快速的矩形脈沖[見圖3(C)]。其參數(shù)如下:
脈沖寬度:T1≈(L/RΣ)In[(UF-ET+IpRΣ1)/(Uv-ET+IvRΣ1)]
脈沖間隔:T2≈(L/RΣ2)In[(ET-IvRΣ2)/ET-IpRΣ2)]
式中:RΣ1=R1//R2+(UF-Uv)/(Ip-Iv)
RΣ2=R1//R2+(Up/Ip),ET=E[R2/(R1+R2)]
隧道二極管組成負(fù)阻振蕩器電路及工作原理
利用具有負(fù)阻特性的隧道二極管,可以構(gòu)成負(fù)阻振蕩器。隧道二極管的符號(hào)、伏安特性和負(fù)阻區(qū)的等效電路見圖5.3-32。 伏安特性圖中,A點(diǎn)為峰點(diǎn),UP為峰點(diǎn)電壓約為幾十毫伏,IP為峰點(diǎn)電流約為幾毫安;B點(diǎn)為谷點(diǎn),峰、谷電流比約為5~6。等效電路中,RND為特性曲線上IP、IV兩拐點(diǎn)間動(dòng)態(tài)電阻的最小值,CD為結(jié)電容,LS和RS分別為引線電感和等效串聯(lián)電阻,它們的曲線數(shù)值一般是:CD=20PF,LS=1~5UF,RS=2~5歐。
當(dāng)忽略引線電感LS和等效電阻RS時(shí),真交流等效電路見圖5.3-33B。因此振蕩器的起振條件為 隧道二極管負(fù)阻振蕩器的特點(diǎn)是可以產(chǎn)生極高的振蕩頻率(可達(dá)幾千MHZ以上)。其優(yōu)點(diǎn)是噪聲低,對(duì)溫度變化、核輻射不敏感,電路簡單,體積小和成本低。其主要缺點(diǎn)是輸出功率和電壓都較低,振蕩不夠瞧穩(wěn)定。
隧道二極管負(fù)阻振蕩器實(shí)用電路見圖5.3-33A,其中R1、R2為分壓電阻, C1為高頻旁路電容,LC是決定振蕩頻率的回路元件, R為負(fù)載電阻(包括回路本身的損耗電阻)。
當(dāng)忽略引線電感LS和等效電阻RS時(shí),真交流等效電路見圖5.3-33B。因此振蕩器的起振條件為隧道二極管負(fù)阻振蕩器的特點(diǎn)是可以產(chǎn)生極高的振蕩頻率(可達(dá)幾千MHZ以上)。其優(yōu)點(diǎn)是噪聲低,對(duì)溫度變化、核輻射不敏感,電路簡單,體積小和成本低。其主要缺點(diǎn)是輸出功率和電壓都較低,振湯不夠瞧穩(wěn)定。
評(píng)論
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