Nel processo di costruzione di una varietà di circuiti elettronici, è spesso necessario generare oscillazioni di varie forme. Questo compito può essere risolto in diversi modi. Molto spesso, per questo vengono utilizzati vari generatori, che è un amplificatore a feedback positivo. Puoi anche usare un elemento con resistenza negativa.
Uno di questi elementi è un diodo tunnel, la cui caratteristica corrente-tensione (VAC) è mostrata schematicamente nella Figura 1. Nello stesso punto, le linee tratteggiate segnano l'area con resistenza AC negativa, ad es. la parte discendente della caratteristica I - V per la quale dI / dU <0.
Proprietà di base di un diodo tunnel
Il diodo a tunnel, il cui schema è mostrato nella Figura 2, è stato sviluppato nel 1957 dal fisico giapponese Leo Esaki, che è diventato un premio Nobel 15 anni dopo.
Si differenzia da altri dispositivi elettronici a stato solido in un'altissima concentrazione di droganti, a seguito della quale iniziano avere un'influenza decisiva sui suoi parametri in termini di conducibilità, ad es. il semiconduttore originale (il più delle volte Ge o GsAs) diventa degenerare. Per questo motivo, alcuni ricercatori classificano persino tali materiali in un gruppo speciale di semimetalli.
Inoltre, rispetto ai diodi semiconduttori classici, ha uno spessore molte volte inferiore della regione di giunzione pn e aumentato di circa due volte il cosiddetto. potenziale barriera, che consente il tunneling meccanico quantistico effetto.
I punti di forza del componente sono determinati principalmente dalla struttura estremamente semplice e dalla larghezza ridotta la sua area di lavoro, che consente di ridurre la potenzialità dell'azione di controllo a pochi millivolt. Queste caratteristiche forniscono un'inerzia notevolmente inferiore rispetto ai transistor e la capacità di funzionare normalmente a frequenze di decine di GHz.
Insieme a questo, l'elemento è caratterizzato da un basso consumo energetico ed è in grado di funzionare completamente alla minima tensione di alimentazione.
Il diodo tunnel è altamente resistente alle radiazioni ionizzanti.
I principali svantaggi sono considerati la rapida degradazione dei parametri durante il funzionamento e la bassa resistenza al surriscaldamento. Inoltre, il diodo richiede una gestione molto attenta durante la configurazione del circuito e la risoluzione dei problemi. può fallire anche con una normale continuità con un multimetro.
Principali parametri e campi di applicazione
L'elenco delle caratteristiche del passaporto di un elemento di solito include:
- corrente massima consentita, corrente di picco e corrente di valle della caratteristica I - V;
- tensione di polarizzazione;
- capacità propria;
- resistenza attiva diretta.
Nei circuiti a microonde a semiconduttore, un diodo tunnel viene utilizzato in:
- interruttori ad alta velocità;
- circuiti per la generazione e l'amplificazione di oscillazioni nella gamma di lunghezze d'onda millimetriche.
A titolo di esempio, la Figura 3 mostra un diagramma di un semplice generatore basato su questo elemento.
La frequenza operativa del circuito è impostata dal circuito LC e il diodo tunnel VD funge da elemento chiave che compensa le perdite di energia nel circuito durante il processo di generazione. Il segnale di uscita è preso dal resistore Rí.