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

37155. «Восточный вопрос» во внешней политике России в 30-50 гг. XIX в. Крымская война 20.83 KB
  Восточный вопрос во внешней политике России в 3050 гг. в центре внешней политики России находился Восточный вопрос сложный конгломерат острейших международных противоречий от разрешения которых зависели безопасность границ империи дальнейшие перспективы развития черноморской торговли и экономическое состояние южных губерний. Это движение традиционно получало поддержку России выступавшей в качестве заступницы славян христианского вероисповедания преимущественно населявших Балканы. Такая позиция объективно способствовавшая освобождению...
37156. Правительство и общество при Николае Первом 37.95 KB
  Общественное движение в России во второй четверти XIX в. Поражение декабристов явилось тяжелым ударом для общественного движения в России. Единение народа и монарха народность объявлялось третьим коренным чувством в России. Они были проникнуты глубоким пессимизмом разочарованием в прошлом России и неверием в ее будущее.
37157. Отмена крепостного права. Содержание и сущность реформ 1861 г., их историческое значение 28.36 KB
  Эти акты приняли такой размах что правительство незадолго до реформы специальными указами было вынуждено наложить запрет на подобные действия. Первоначально издатели Колокола верили в либеральные намерения нового императора Александра II 18551881 и возлагали определенные надежды на разумно проведенные реформы сверху .Левшиным была разработана правительственная программа крестьянской реформы которая хотя и давала крепостным гражданские права но сохраняла всю землю в собственности помещика и предоставляла последнему вотчинную власть в...
37158. Особенности генезиса капитализма в России в конце XIX века 57.55 KB
  Особенности генезиса капитализма в России в конце XIX века. Развитие капитализма и формирование промышленного пролетариата в России в 60х середине 90х годов XIX в. Капиталистические отношения охватывали все сферы экономики способствовали ускорению темпов развития народного хозяйства России. Сельское хозяйство России в пореформенный период И после реформы 1861 г .
37159. Социально-политический строй России начала XX века. Основные классы и сословия 24.63 KB
  Социальнополитический строй России начала XX века. Социальная структура России в конце XIX начале XX в. на тысячу населения приходилось 44 родившихся и снижения смертности которая впрочем в России в 1913 г . Социальная структура России в конце XIX начале XX в.
37160. Древняя Русь при первых Рюриковичах. Внутренняя и внешняя политика. «Повесть временных лет». Норманнская теория 21.81 KB
  Походами на вятичей литовцев радимичей болгар Владимир укрепил владения Киевской Руси. Принятие христианства не только уравняло Киевскую Русь с соседними государствами но и оказало огромное влияние на культуру быт и нравы древней Руси.При Ярославе Владимировиче прозванном Мудрым начал оформляться единый для всей Руси судебный кодекс Русская Правда. В Киеве Новгороде Полоцке были построены величественные соборы святой Софии что должно было показать церковную самостоятельность Руси.
37161. Принятие христианства. Владимир Первый. Развитие Руси при Ярославе Мудром. «Русская правда» 18.69 KB
  Развитие Руси при Ярославе Мудром. Древние русичи были язычниками поклонялись множеству богов бог неба Сварог бог Солнца Дажбог бог грома и молний Перун и т. Христианство было уже известно на Руси и до крещения Владимира. Однако будущий креститель Руси начинал свой путь убежденным язычником и прошло немало времени пока изменились его взгляды.
37162. Феодальная раздробленность, ее причины и последствия 12.55 KB
  После смерти Ярослава Мудрого в развитии государства усиливаются центробежные тенденции начинается один из сложнейших периодов истории древней Руси период феодальной раздробленности растянувшийся на несколько веков. Процесс феодальной раздробленности на Руси был обусловлен укреплением власти крупнейших феодалов на местах и зарождением местных административных центров. Период феодальной раздробленности охватывает в целом XIIXV вв. когда уже начался процесс феодальной консолидации число их приближалось к 250.
37163. Три основных центра Руси. Владимирское и Галицко-Волынское княжетсва. Новгородская феодальная республика 29.58 KB
  Под влияние ростовосуздальского князя попали Рязань и Муром. Хотя власть великого князя безвозврат но ушла в прошлое но княжение в Киеве подчеркивало старшинство князя. Последующие поколения русских князей назы вавшие свои княжества великими а себя великими князьями та кого пиетета к титулу великого киевского князя уже не испытывали. Он претендуя на титул велико го князя всех земель Руси в 1169 году захватил Киев и учинил там полный разгром превзойдя в этом половцев.