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

115 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

17162. Поняття та умови стійкості. Критерій стійкості Михайлова, Гурвіца 79.5 KB
  Лекція 4. Тема. Поняття та умови стійкості. Критерій стійкості Михайлова Гурвіца. План 1. Поняття та умови стійкості. 2. Критерій стійкості Михайлова 3. Критерій стійкості Гурвіца. У процесі роботи системи автоматичного регулювання піддаються різним впливам щ
17163. Керування системами: введення категорій, терміни, означення 116 KB
  Лекція 5. Тема. Керування системами: введення категорій терміни означення. План 1.Поняття керування 2.Схема керування 3.Способи керування 4.Завдання керування 5.Використання ЕОМ в процесі керування 1.Поняття керування Керування це такий вхідний впл...
17164. Стохастичні системи 59.5 KB
  Лекція 6. Тема. Стохастичні системи. План 1.Поняття стохастичної системи. 2. Моделювання випадкових процесів з дискретним часом. 3. Марковська апроксимація випадкових процесів. 1.Поняття стохастичної системи. Динамічна система називається стохастичною я...
17165. Створення документів у програмі Word 158 KB
  Практична робота №9 Тема: Створення документів у програмі Word Мета: засвоїти технології введення форматування та редагування текстових документів засобами редактора Word. Навчитися створювати зберігати відкривати та проглядати файлидокументи. Обладнання: персо
17166. Створення стилю. Застосування готового шаблону і створення шаблону 57.5 KB
  Практична робота №12 Тема: Створення стилю. Застосування готового шаблону і створення шаблону. Мета: Навчитися створювати стилі і шаблони. Обладнання:: ПК текстовий процесор Word. Правила ТБ Методичні вказівки Стиль це іменований опис формату абз
17167. Проектирование дробильно-сортировочного завода по производству щебня 158 KB
  Подобрать основное технологическое оборудование, составить таблицу гранулометрического состава дробленого продукта при условии – выдать товарные фракции щебня: 5-20; 20-40; 40-70 мм и производительности дробильно-сортировочного завода 260 м3-ч.
17168. Створення шаблону і макросу 44 KB
  Практична робота №13 Тема: Створення шаблону і макросу. Мета: Навчитися створювати шаблони і прості макроси. Обладнання:ПК текстовий процесор Word. Правила ТБ Методичні вказівки Макроси Макрос це скорочена назва макрокоманди. Макрос це просто ...
17169. Ms Excel. Статистичні функції. Електронна таблиця, як база даних. Підведення підсумків. Географічна карта 207.5 KB
  Практична робота №14 Тема: Ms Excel. Статистичні функції. Електронна таблиця як база даних. Підведення підсумків. Географічна карта. Мета: Уміти користуватися діапазонами клітинок та стандартними статистичними функціями наносити дані на географічну карту вилучати вста...
17170. Ms Excel. Розв’язання задач: «Діяльність фірми в Україні», «Табулювання функції та обчислення площі» 140.5 KB
  Практична робота №15 Тема: Ms Excel. Розвязання задач: Діяльність фірми в Україні Табулювання функції та обчислення площі.. Мета: Уміти користуватися діапазонами клітинок та стандартними статистичними функціями наносити дані на географічну карту вилучати вставл...