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

106 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

59107. Свято Різдва Христового 28.5 KB
  Степане Та це мабуть колядники прийшли одчиняй скоріше двері Перший колядник. Хай за вікном хуртеча злиться А нам співати і радіти Горить ялинка у світлиці З Різдвом Христовим любі діти Другий колядник. Колядуйте колядуйте Третій колядник. Четвертий колядник.
59108. Свято української мови 52.5 KB
  Олена Слободянка Мови чарівний голос На ріці життя тихо меле млин часу І у вишині зорі по одній гасить та запалює замість них нові знову І несе у світ пломінкий вогонь слова. Слово мовили знов уста мої слово Як бусинками ними виграє мова. Зорі і світи сіли край мого столу Слухають її мови чарівний голос.
59109. Сильні людські характери в новелі Д.Олдріджа Останній дюйм 55 KB
  Вона захоплює учнів незвичайними подіями романтикою подвигу не боїмося вжити це слово Деві який врятував своєму батькові життя. Зображуючи Бена і Деві у найвідповідальніший момент їхнього життя Джеймс Олдрідж підкреслює те нове що формується у взаєминах батька і сина.
59110. Складання симетричного замкнутого узору 38 KB
  Завдання до уроку 1. Зразки закінчених дитячих робіт попередніх років на тему уроку. Структура уроку І. Повідомлення теми уроку й мотивація навчання 1 хв.
59111. Скликав в школу нас дзвоник останній 53 KB
  Шановні друзі Ми знов зустрілись У пишнім нашім крузі На радісне свято веселе чудове Ми всі закінчили початкову школу. Але всім намбезумовно світить яскравим багаттям наше дитинство. Хай пісня тут лине Хай сміх скрізь лунає.
59112. Сценарій літературного вечора, присвяченого Ю. Яновському. Слово, що не прохолоне 63 KB
  Юрій Яновський - одна з найбільш трагічних постатей в українській літературі. Людина надзвичайно яскравого й оригінального обдарування, він був ніжним, тендітним, творчим.
59113. Справедливість 27.5 KB
  Учитель пропонує членам групи побудувати зі слів довгий потяг у якому кожний вагончик складається з окремого слова. Гра Ланцюжок слів Учитель ставить перший вагончик і при цьому каже: корупція яка ставить вагончик Корупція.
59114. Сприймання навколишнього світу 44.5 KB
  Виховувати зацікавленість до наукових відкриттів і повагу до людей які збагачують ці відкриття Обладнання: овочі перець помідор морква часник тощо картки зі словами селекція гібрид камбуз картки з алгоритмами опису овочів карта півкуль Землі силуетні картки овочів перець помідор...
59115. Спрощення в групах приголосних 29 KB
  Поставте наголос у словах. Правильно вимовте слова назвіть орфограму. Усно доберіть перевірочні слова там де можливо.