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

108 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

72221. Органы чувств. Первично-чувствующие. Органы зрения. Общий план строения глазного яблока. Строение задней стенки глаза. Нейронный состав и глиоциты. Орган обоняния. Локализация. Разновидности клеток 59.5 KB
  Первично-чествующие – относится орган зрения и обоняния, рецепцию в органах осуществляют нервные клетки (нейросенсорные); дендриты которых имеют приспособления для улавливания молекул пахучих веществ и кванта света. Развиваются органы из элементов нервной пластинки.
72222. Основные этапы истории СССР (1945 – 1985 гг.) 53.5 KB
  После войны состояние экономики было очень тяжелым. Страна утратила 1/3 своего национального богатства. Было разрушено 1710 городов и более 70 тыс. сел и деревень, 31850 промышленных предприятий, 1135 шахт, 4100 ж/д станций, 25 млн. человек лишились жилья. Главная задача – восстановление народного хозяйства.
72223. Остеомиелит, даму себептері, патогенезі, клиникасы мен емі. Остеомиелиттің біріншілік-созылмалы түрлері 120.5 KB
  Бұл остеомиелиттің даму және қалыптасу себептері (этиология) қазіргі уақытта анықталған, - деп саналады. Остеомиелиттің қоздырғышы стафилококк, стрептококк, диплококк, пневмококк, іш сүзегінің таяқшасы болуы мүмкін. Соңғы кезде стафилококктың жедел остеомиелиттің...
72224. ТИПОЛОГИЯ ПОЭЗИИ КОНСТАНТИНОСА КАВАФИСА 82 KB
  Греческое государство провозгласило 2013 год годом Кавафиса. Стоит отметить что за последние 30 лет были отмечены три юбилея Кавафиса: в 1983 году пятьдесят лет со дня его смерти 2003 году семьдесят лет со дня его смерти 2013 году двойной юбилей.
72225. ИСТОРИЯ ПОЛИТИЧЕСКИХ УЧЕНИЙ 269.5 KB
  Идейные истоки политической науки. Истон в течение многих столетий от классической древности до конца XIX столетия изучение политической жизни оставалось не дисциплиной в строгом смысле слова но совокупностью интересов. процесс накопления знаний о политике с политической наукой в собственном смысле...
72226. Проектно-сметное дело. Контрольные материалы 1.62 MB
  В пособии кратко изложены теоретические основы ценообразования и его особенности в строительстве в соответствии с методической и нормативной база определения стоимости строительной продукции. Дан состав сметной стоимости строительства и строительно-монтажных работ.
72227. Основные принципы и нормативно-правовая база защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций. Система гражданской обороны и основные направления ее деятельности 164 KB
  Катастрофы и стихийные бедствия являются постоянно действующими факторами при развитии экономики и политической ситуации. Крупнейшие аварии и катастрофы причиняют больший и часто невосполнимый ущерб окружающий среде.
72228. Особенности правления Бориса Годунова 25.5 KB
  Абсолютизм в России характеристика российского абсолютизма становление абсолютизма в России просвещенный абсолютизм признаки кризиса империи Абсолютная монархия это разновидность монархической формы правления при которой вся полнота власти юридически и фактически находится в руках монарха.