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

107 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

63225. Урок узагальнення з теми «Давні Індія та Китай» 23.61 KB
  Мета: систематизувати та узагальнити знання учнів із теми; простежити взаємозвязок між господарським і духовним розвитком Давніх Індії та Китаю; розширити світогляд школярів; показати внесок культури Давніх Індії та Китаю в розвиток людської цивілізації.
63227. Адміністративне право. Адміністративні правовідносини 21.79 KB
  Сформувати поняття про відносини регульовані адміністративним правом; охарактеризувати напрямки та методи державного управління; розвивати вміння працювати з нормативноправовими документами розвязувати ситуації юридичного характеру.
63229. Адміністративне правопорушення. Адміністративна відповідальність 27.16 KB
  Мета: розкрити зміст понять адміністративне правопорушення адміністративна відповідальність; навчити розрізняти адміністративний проступок і злочин; визначити особливості адміністративної відповідальності неповнолітніх...
63230. Кримінальна відповідальність 21.88 KB
  Мета: ознайомити учнів з поняттями кримінальна відповідальність покарання; розкрити особливості кримінальної відповідальності неповнолітніх; розвивати вміння працювати з нормативноправовими документами...
63231. Правоохоронні органи України. Права неповнолітньої особи при затриманні, арешті, допиті 29.43 KB
  Правовий статус міліції. Правовий статус міліції Міліція це система державних органів виконавчої влади що покликані захищати життя здоровя права і свободи громадян власність природне середовище та інтереси...
63232. Кримінальний процес 29.12 KB
  Мета: розкрити зміст понять: судове слідство потерпілий підозрюваний; охарактеризувати права та обовязки учасників кримінального процесу; розвивати вміння розвязувати юридичні ситуації робити висновки...
63233. Подорож у світ юридичних професій 28.59 KB
  Обовязки: підтримка державного обвинувачення в суді представництво громадян у судах нагляд за дотриманням і правильним застосуванням законодавства України всіма підприємствами організаціями і установами нагляд за органами які виконують покарання...