1115

Туннельный диод

Доклад

Физика

Энергетическая диаграмма вырожденного p-n перехода. Вольт-амперная характеристика туннельного диода. Генератор на туннельном диоде. Отрицательное динамическое сопротивление на падающем участке. Координаты точки пика и впадины.

Русский

2013-01-06

54 KB

116 чел.

Туннельный диод.

Такие диоды изготавливаются из полупроводников с высокой концентрацией примесей – это вырожденные полупроводники. Их особенность в том, что в запрещенной зоне образуются не примесные уровни, а примесные зоны вблизи зоны проводимости в «n» полупроводнике и вблизи валентной зоны в «p» полупроводнике. На рис. показана энергетическая диаграмма вырожденного p-n перехода при отсутствии на нем напряжений.

                      

         Рис. Энергетическая диаграмма вырожденного p-n перехода

Допустим, что электроны находятся на уровнях энергий ниже уровня Ферми, выше их нет и эти разрешенные уровни свободны от электронов. При подаче обратного напряжения происходит деформация уровня Ферми в сторону увеличения энергетического барьера (на рис показан красным цветом). Смещаются и разрешенные зоны n полупроводника. Здесь наступает самое главное; валентная зона p полупроводника заполненная электронами становится напротив зоны проводимости n полупроводника свободной от электронов. Так как высокая концентрация примеси приводит к малой толщине перехода (см. предыдущую тему), на переходе возникает большая напряженность электрического поля. При этих условиях возникают предпосылки для туннельного движения носителя: электрон из p области переходит (туннелирует) в n область. Возникает большой обратный ток.

При подаче прямого напряжения деформация уровня Ферми идет в другую сторону (показан синим цветом). При этом наблюдается следующее: зона заполненная электронами  в n области становится напротив зоны свободной от электронов в p области. Становится возможным туннельный переход электронов из n области в p. Заметим , что это сопровождается появлением большого прямого тока до открытия перехода, связанного с уменьшением энергетического барьера. На рис. показана ВАХ туннельного диода и здесь же обычного.

                        

                Рис. Вольт - амперная характеристика туннельного диода

Наличие падающего участка между точками А и В – замечательная особенность туннельного диода. Эта область отрицательного динамического сопротивления, позволяющая реализовать на его основе высокочастотные и быстродействующие генераторы, усилители, импульсные устройства.

Параметры туннельного диода следующие.

- Прямое допустимое напряжение, Uпр. доп.  

- Координаты точки пика и впадины, точки А, Uпика, Iпика. 

- Координаты точки впадины, точки В,  Uвпадина, Iвпадина.

- Отрицательное динамическое сопротивление на падающем участке, Rдин.= Δ Uпр/ΔIпр.

На туннельном диоде можно выполнить устройство, активно преобразующее сигнал (генератор и усилитель). Допустим, имеется колебательный контур состоящий из индуктивности и емкости. Вспомним, что будет происходить, если зарядить конденсатор. Электрическая энергия будет переходить в магнитную, которая накапливается в индуктивности. Далее магнитная энергия будет переходить в электрическую, которая в свою очередь накапливается в конденсаторе. Возникнет колебательный процесс, которых носит затухающий характер из – за сопротивлений в контуре. Это сопротивление катушки, проводов. Это сопротивление приводит к потерям энергии, поэтому уместно назвать его сопротивлением тепловых потерь. Если его компенсировать отрицательным сопротивлением, то потерь не будет и в контуре возникнут незатухающие колебания. Таким образом, мы можем получить генератор в котором роль отрицательного сопротивления выполняет туннельный диод. Схема такого генератора показана на рис. здесь же показано условное обозначение диода. Источник питания совместно с сопротивлением Rпит обеспечивает задание рабочей точки в области отрицательного сопротивления диода. Генерация возникает при условии Rдин (-) >Rпот.

                                             

                                     Рис. Генератор на туннельном диоде

Туннельный эффект движение носителей малоинерционный процесс. Это и определило область применения туннельных диодов. Это усилители и генератору СВЧ диапазона, например, спутниковые системы связи, быстродействующие импульсные схемы, например, триггеры т и. д.


C

Rпот

VD1

Rпит

+

Uпит

-


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

56150. Які ми разом – на уроці, на перерві, під час відпочинку. Я і мої друзі 59.5 KB
  Мета: Виховувати дружні стосунки між учнями, співпереживання один одному. Формувати орієнтацію на вічні духовно-моральні цінності. Розвивати уміння спілкуватися, дотримуючись правил етикету.
56151. Як спілкуватися, долаючи відстань 51 KB
  На кінець уроку учні зможуть: пояснити особливості правил дистанційного спілкування використовувати уміння дистанційного спілкування письмового та електронного листування і телефонних розмов моделювати та розвязувати ситуації.
56153. Спортивне свято «Тато, мама, я – спортивна сім’я» 35.5 KB
  Мета: сприяти залученню учнів та їх батьків до систематичних занять фізичною культурою і спортом; організувати рухове дозвілля, пропагувати заняття фізичними вправами як засіб активного відпочинку; зміцнювати здоров’я дітей...
56154. Sport 69.5 KB
  Good morning, my dear children. I am very glad and happy to see all of you today. Arrange the letters in the right order and you’ll get the topic of our lesson “ ROPST”. You are quite right! It’s sport.
56155. СПОРТ 77.5 KB
  Wenn ich mich nicht irre, haben Sie im Lyzeum Turnstunden. Bereiten Sie eine Erzählung darüber für die nächste Stunde vor! Vergessen Sie nicht, Ihren Lehrer, den Stundenablauf zu beschreiben, Ihre Einstellung zum Sportunterricht zu äußern!
56156. «Спортивний гороскоп» - рекомендовані комплекси вправ із урахуванням дати народження 168.5 KB
  Найголовнішим завданням є викликати в дітей потребу в щоденних заняттях фізичними вправами, але це не так вже й легко. Діти виявляють надзвичайну зацікавленість до різних гороскопів, таким чином зацікавити та спонукати учнів до занять фізичними вправами, можна, використавши «Спортивний гороскоп».
56158. Спорт – здоров’я, спорт – це сила, що дають всім дітям крила 58 KB
  Мета: вчити дітей здорового способу життя. Формувати здоров’язбережувальну компетентність, колектив власної родини, навички доброзичливого спілкування з людьми.