Туннельные и обращенные диоды

Туннельный диод - это полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольт-амперной характеристике при прямом напряжении участка отрицательной дифференциальной проводимости.
Вольт-амперная характеристика (рис. 1а) содержит участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением (отношение приращения напряжения к приращению тока). Это позволяет использовать диод в усилителях и генераторах электрических колебаний, а также в разнообразных импульсных устройствах. Качество диода определяют протяженность и крутизна падающего участка А Б. Частотные свойства .диода, работающего на малых уровнях сигнала, на участке с отрицательным сопротивлением определяются параметрами элементов эквивалентной схемы (рис.1б). Активная составляющая полного сопротивления имеет отрицательный знак до частоты

Усиление и генерирование колебаний возможно на частотах, не превышающих f_R.

Рис.1: a) Вольт-амперная характеристика туннельного диода, б) эквивалентная схема туннельного диода, в) Вольт-амперная характеристика обращенного диода.

Основные параметры туннельных диодов

Пиковый ток I_п — значение прямого тока в точке максимума вольт-амперной характеристики туннельного диода, при котором значение дифференциальной проводимости равно нулю.

Ток впадины I_в — значение прямого тока в точке минимума вольт-амперной характеристики туннельного диода, при котором значение диффзренциальной активной проводимости равно нулю.

Отношение токов туннельного диода I_п/I_в — отношение пикового тока к току впадины.

Напряжение пика U_п - значение прямого напряжения, соответствующее пиковому току туннельного диода.

Напряжение впадины U_в - значение прямого напряжения, соответствующее току впадины туннельного диода.

Напряжение раствора U_рр — значение прямого напряжения на второй восходящей ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода, при котором ток равен пиковому.

Отрицательная проводимость g_пер - дифференциальная проводимость перехода на падающем участке прямой ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода.

Шумовая постоянная N_ш - величина, определяемая соотношением N_ш — 20lg I_рg_пер, где I_р - ток в рабочей точке, а g_пер — отрицательная проводимость туннельного диода.

Предельная резистивная частота f_R - значение частоты, на которой активная составляющая полного сопротивления туннельного диода на его выводах обращается в нуль.

Резонансная частота f₀ - значения частоты, на которой общее реактивное сопротивление p-n-перехода и индуктивности корпуса туннельного диода обращается в нуль.

Предельно допустимые параметры туннельных диодов:

• максимально допустимый прямой ток туннельного диода I_{пр max},
• максимально допустимый постоянный обратный ток I_{обр max},
• максимально допустимое постоянное прямое напряжение U_{пр max}.

Обращенные диоды

Обращенным называют полупроводниковый диод на основе полупроводника с критической концентрацией примеси, в котором проводимость при обратном напряжении вследствие туннельного эффекта значительно больше, чем при прямом напряжении, а пиковый ток и ток впадины приблизительно равны.

Прямая ветвь вольт-амперной характеристики обращенного диода (рис.1в) аналогична прямой ветви вольт-амперной характеристики выпрямительного диода. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики аналогична обратной ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода. Обратные токи в обращенных диодах большие при ничтожно малых обратных напряжениях (десятки милливольт) и значительно превосходят прямые токи в этой области напряжений. Таким образом, обращенные диоды обладают выпрямляющим эффектом, но проводящее направление у них соответствует обратному включению, а запирающее - прямому. Туннельные диоды способны работать при очень малых сигналах. Основные параметры обращенных диодов те же, что и туннельных (кроме U_рр) (таблицы 1 и 2 см. ниже). Дополнительно задаются параметры обратной ветви вольт-амперной характеристики (напряжение при заданном обратном токе).

Таблица 1. Основные параметры туннельных диодов:

Таблица 2. Основные параметры обращенных диодов:

*Прямой импульсный ток.

рис. IV.20