Туннельные диоды справочник: Туннельные и обращенные диоды основные параметры и характеристики

Содержание

Туннельные и обращенные диоды основные параметры и характеристики

Туннельный диодэто полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольт-амперной характеристике при прямом напряжении участка отрицательной дифференциальной проводимости.
Вольт-амперная характеристика (рис. 1а) содержит участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением (отношение приращения напряжения к приращению тока). Это позволяет использовать диод в усилителях и генераторах электрических колебаний, а также в разнообразных импульсных устройствах. Качество диода определяют протяженность и крутизна падающего участка А Б. Частотные свойства .диода, работающего на малых уровнях сигнала, на участке с отрицательным сопротивлением определяются параметрами элементов эквивалентной схемы (рис.1б). Активная составляющая полного сопротивления имеет отрицательный знак до частоты

Усиление и генерирование колебаний возможно на частотах, не превышающих fR

.


Рис.1: a) Вольт-амперная характеристика туннельного диода, б) эквивалентная схема туннельного диода, в) Вольт-амперная характеристика обращенного диода.

Основные параметры туннельных диодов

Пиковый ток Iп — значение прямого тока в точке максимума вольт-амперной характеристики туннельного диода, при котором значение дифференциальной проводимости равно нулю.

Ток впадины Iв — значение прямого тока в точке минимума вольт-амперной характеристики туннельного диода, при котором значение диффзренциальной активной проводимости равно нулю.

Отношение токов туннельного диода Iп/Iв

— отношение пикового тока к току впадины.

Напряжение пика Uп — значение прямого напряжения, соответствующее пиковому току туннельного диода.

Напряжение впадины Uв — значение прямого напряжения, соответствующее току впадины туннельного диода.

Напряжение раствора Uрр — значение прямого напряжения на второй восходящей ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода, при котором ток равен пиковому.

Отрицательная проводимость gпер — дифференциальная проводимость перехода на падающем участке прямой ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода.

Шумовая постоянная Nш — величина, определяемая соотношением N

ш — 20lg Iрgпер, где Iр — ток в рабочей точке, а gпер — отрицательная проводимость туннельного диода.

Предельная резистивная частота fR — значение частоты, на которой активная составляющая полного сопротивления туннельного диода на его выводах обращается в нуль.

Резонансная частота f0 — значения частоты, на которой общее реактивное сопротивление p-n-перехода и индуктивности корпуса туннельного диода обращается в нуль.

Предельно допустимые параметры туннельных диодов:

  • максимально допустимый прямой ток туннельного диода I
    пр max
    ,
  • максимально допустимый постоянный обратный ток Iобр max,
  • максимально допустимое постоянное прямое напряжение Uпр max.

Обращенные диоды

Обращенным называют полупроводниковый диод на основе полупроводника с критической концентрацией примеси, в котором проводимость при обратном напряжении вследствие туннельного эффекта значительно больше, чем при прямом напряжении, а пиковый ток и ток впадины приблизительно равны.

Прямая ветвь вольт-амперной характеристики обращенного диода (рис.1в) аналогична прямой ветви вольт-амперной характеристики выпрямительного диода. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики аналогична обратной ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода. Обратные токи в обращенных диодах большие при ничтожно малых обратных напряжениях (десятки милливольт) и значительно превосходят прямые токи в этой области напряжений. Таким образом, обращенные диоды обладают выпрямляющим эффектом, но проводящее направление у них соответствует обратному включению, а запирающее — прямому. Туннельные диоды способны работать при очень малых сигналах. Основные параметры обращенных диодов те же, что и туннельных (кроме U

рр) (таблицы 1 и 2 см. ниже). Дополнительно задаются параметры обратной ветви вольт-амперной характеристики (напряжение при заданном обратном токе).

Таблица 1. Основные параметры туннельных диодов:

Таблица 2. Основные параметры обращенных диодов:

Тип диода Пиковый
ток, мА
Постоянное
прямое
напряжение, мВ
Постоянное
обартное
напряжение, мВ
Максимально
допустимый
постоянный
прямой
ток, мА
Максимально
допустимый
постоянный
обратный
ток, мА
Общая
емкость
диода, ПФ
Температура
окружающей
среды °C
Конструкция
(номер рис.)
От До
ГИ401А 330 90 0,3 4 2,5 -55 +70 IV.20а
ГИ401Б 330 90 0,5 5,6 5 -55 +70 IV.20а
АИ402Б 0,1 600 250 0,05 1
4
-60 +85 IV.20в
АИ402Г 0,1 600 250 0,05 2 8 -60 +85 IV.20в
АИ402И 0,4 600 250 0,05 4 10 -60 +85 IV.20в
ГИ403А 0,1 350 120 10* 8 -40 +60
IV.20б

*Прямой импульсный ток.


рис. IV.20

Туннельные и обращенные диоды | Основы электроакустики

Туннельные и обращенные диоды Туннельные диоды обладают высоколегированными p-n-областями полупроводника. Концентрация легирующих примесей в областях на 2 — 3 порядка выше, чем в обычных диодах. Высокая концентрация примесей приводит к вырождению полупроводника в полуметалл и перекрытию энергетических зон (зоны проводимости полупроводника типа nс валентной зоной полупроводника типа р) и возникновению высокой (порядка 105 — 10е В/см) напряженности поля в уаком (около 0,01 мкм) переходе. При такой напряженности поля в зоне перекрытия возникает туннельный механизм проводи­мости электронов через потенциальный барьер, т. е. движение элек-тронов через барьер высотой, превышающей энергию электрона. Туннельные диоды обладают высоким быстродействием, что спо­собствует их использованию в схемах переключателей, усилителей и генераторов колебаний высоких частот. Статическая ВАХ диода) в области малых прямых напряжений имеет падающий участок АБ с отрицательным диффе­ренциальным сопротивлением, который используется для режимов усиления и генерирования колебаний. 

Параметры туннельных диодов делят на три группы. В первую группу входят параметры, определяющие режим работы диода:

  • пиковый (максимальный) ток Iп и ток впадины Iв (минимальный ток) прямой туннельной ветви ВАХ;
  • напряжения Ua и Uв, соответствующие точкам максимума и ми­нимума характеристики;
  • отношение пикового тока Iп к току впадины IВ, характеризую­щее протяженность падающего участка вдоль оси токов;
  • напряжение раствора UР на инжекционной ветви, соответству­ющее пиковому току в точке максимума;
  • отрицательное сопротивление — дифференциальное сопротивле­ние Гдиф на падающем участке ВАХ.

Во вторую группу входят параметры, характеризующие частотные свойства диодов:

  • проходная емкость Сд — суммарная емкость перехода и корпуса при заданием напряжении смещения;
  • индуктивность Lд обусловленная выводами и деталями кор­пуса прибора;
  • сопротивление потерь Rп в объеме полупроводника на контактах
  • и выводах диода;
  • максимальная частота fмакс, до которой активная составляющая полного сопротивления эквивалентной схемы диода ос­тается отрицательной: 

Параметры

Типы диодов

АИ101А

АИ101Б

АИЮ1В

АИ101Д

АИ101Е

АИ101И

Пиковый ток, мА

1

1

2

2

5

5

Напряжение пика,

В

0,16

0,16

0,16

0,16

0,18

0,18

Отношение пикового тока к то

ку впадины

5

5

6

6

6

6

Емкость, пФ

4

2 — 8

5

3 — 10

8

4-13

Индуктивность нГн

1

1

1

1

1

1

СопротивлениеОм

24

22

16

14

8

7

  При амплитуде импульса обратного тока диодов АИ101А, Б — 30 мА, АИ101В, Д — 40 мА и АИ101Е, И — 80 мА. В третью группу входят параметры предельных режимов: мак­симально допустимые значения постоянного или среднего токов и напряжений Iпр макс, Uпр маке, Iобр макс, Uовр-макс, а также мощности рмакс и мощности в импульсе заданной длительности Ри.макс. Действие обращенных диодов основывается на исполь­зовании обратной пробойной ветви ВАХ при туннельном механизме пробоя. Переход диода изготовляется из высоколегированного, но не вырожденного материала. Обратная ветвь ВАХ диода имеет большую кривизну, чем прямая ветвь, и используется более эффективно вместо прямой для детекторов, смесителей, умножите­лей электрических колебаний. Поскольку поменялись роли (места) прямой и обратной ветвей ВАХ, диоды называют обращенными.

Параметрами обращенных диодов являются:

  • прямой ток IПр при заданном прямом напряжении Uпр;
  • обратное напряжение Uовр при заданном обратном токе IОБР;
  • Максимально допустимые прямой IПр макс U Обратный Iобр токи;
  • допустимый пиковый ток Iп прямой ветви;
  • емкость Сд при заданном обратном смещении.

Туннельные диоды АИ 101 (А, Б, В, Д, Е, И) применяются для работы в усилительных схемах и выпускаются в металлическом кор­пусе  массой 0,15 г, с диапазоном рабочих температур от — 60 до +85°С. Электрические параметры диодов приведены в табл. 97.

Туннельные диоды АИ201 (В, Г, Е, Ж, И, К, Л) применяются для работы в схемах генераторов и выпускаются в металлокерами-ческом корпусе массой 0,15 г, с диапазоном рабочих температур от — 60 до +85 С. Электрические параметры диодов приведены в табл. 98.

Туннельные диоды АИ301 (А, Б, В, Г) применяются для работы в переключающих схемах и выпускаются в металлическом корпусе массой 0,15 г, с диапазоном рабочих температур от — 60 до + 70°С. Электрические параметры диодов приведены в табл. 99.

Таблица 98

Параметры

Типы диодов

АИ201В

АИ201Г

АИ201Е

АИ201Ж

АИ201Е

АИ201К

АИ201Л

Пиковый ток, мА

10

20

20

50

50

100

100

Напряжение пика, В

0,18

0,2

0,2

0,26

0,26

0,33

0,33

Отношение пи кового тока

к току впа­дины

10

10

10

10

10

10

10

Емкость, пФ

5 — 15

10

6 — 20

15

10 — 30

20

10 — 15

Индуктивность, нГн

1

1

1

1

1

1

1

Сопротивле­ние*, Ом

8

5

4

2,5

2,5

2,2

2,2

·         При амплитуде импульса обратного тока диодов АИ201В, Г, Е, — 100 мА, АИ201Ж, И, К, Л — 200 мА. 

Таблица 99

Параметры

Типы диодов

АИ301А

 АИ301Б

 АИ301В

 АИ301Г

Пиковый ток, мА

1,6 — 2,4

4,5 — 5,5

4,5 — 5,5

9 — 11

Напряжение пика, В

0,18

0,18

0,18

0,18

Отношение пикового то­ка к току впадины

8

8

8

8

Емкость, пФ

12

25

25

50

Индуктивность, нГн

1,5

1,5

1,5

1,5

Напряжение раствора, В

0,65

1

1-1,3

0,8

Туннельные диоды ГИ304 (А, Б) ГИ305 (А, Б), ГИ307А приме­няются для работы в импульсных схемах и выпускаются в металло-стеклянном корпусе массой 0,1 г, с диапазоном рабочих температур от — 60 до +70 °С. Электрические параметры диодов при­ведены в табл. 100. Таблица 100 

Параметры

Типы диодов

 

 

ГИ304А

ГИ304Б

ГИ305А

ГИ305Б

ГИ307А

Пиковый ток, мА,

4,5 — 5,1

4,9 — 5,5

9,1 — 10

9,8 — 11

2

при температуре 20 °С

 

 

 

 

 

Напряжение пика, В

75

75

85

85

80

Отношение пико­вого тока к току впадины

5

5

5

5

7

Емкость, пФ, при f=10-20 МГц

20

20

30

30

20

Напряжение рас­твора, В, при токе, мА:

 

 

 

 

 

5 . .

0,44

0,44

0,4

10

 —

 —

0,45

0,45

Постоянный пря­мой и обратный ток, мА, при 20 °С

10

10

20

20

4

* При прямом токе 2 мА.

Обращенные диоды ГИ401 (А, Б) применяются для работы в смесителях, детекторах и вычислительных устройствах и выпускают­ся в металлостеклянном корпусемассой 0,07 г, с диапа­зоном рабочих температур от — 55 до -г-70°С. Электрические пара­метры приведены в табл. 101. 

Таблица 101 

Параметры

Типы диодов

ГИ401А

ГИ401Б

Постоянное прямое напряжение, мВ, при Iпр= 0,1 мА

330

330

Постоянное обратное напряжение, мВ, при Iобр = 1 мА

90

90

Постоянный прямой ток, мА

0,3

0,5

Постоянный обратный ток, мА

4

5,6

Емкость, пФ

2,5

5

Обращенные диоды АИ402 (Б, Г, Е, И) применяются в смеси­телях, детекторах и вычислительных устройствах и выпускаются в металлокерамическом корпусе массой 0,5 г, с диапазо­ном рабочих температур от — 60 до+85°С. Электрические парамет­ры диодов приведены в табл. 102. 

Таблица 102 

Параметры

Типы диодов

 

 

АИ402Б

АИ402Г

АИ402Е

АИ402И

Прямой пиковый ток, мА

0,1

0,1

0,2

0,4

Постоянное прямое напря­жение, В, при указанном выше прямом пиковом то­ке

0,6

0,6

0,6

0,6

Постоянное обратное напря­жение при предельном обратном токе

0,25

0,25

0,25

0,25

Максимальный обратный ток, мА

1

1

2

4

Емкость, пФ

4

8

8

10

 

 

Изучаем туннельный диод на примере 3И306М / Хабр

В современной электронике туннельные диоды вытеснены компонентами, более удобными для решения тех же задач. Но почему бы не поэкспериментировать с активным элементом, который когда-то считался одним из самых быстродействующих?

Туннельные диоды делятся на предназначенные для усилителей, импульсных генераторов и ключевых схем. Согласно даташиту, диоды серии 3И306 предназначены для применения в переключающих устройствах. На графике показана зависимость падения напряжения на диоде от тока через него на прямом участке ВАХ:

Характериограф у автора импровизированный, он состоит из сигнал-генератора, 10-омного резистора и осциллографа. При этом возникает ошибка: один канал осциллографа измеряет суммарное напряжение на всей последовательной цепи из диода и резистора, а другой — только на резисторе (по второму из этих напряжений можно косвенно определить ток). Рассчитать падение напряжения только на диоде можно, экспортировав кривые в CSV-файл, а затем сгенерировав графики в Python с matplotlib.

Пример ВАХ туннельного диода на экране осциллографа:

Вначале ток через диод возрастает приблизительно до 11 мА, пока напряжение не увеличивается до 150 мВ, затем резко уменьшается до 500 мкА и возрастает снова. Это — участок отрицательного дифференциального сопротивления, на котором ток падает с увеличением напряжения.

Для изучения работы диода в переключающем устройстве автор подключил его к двум BNC-разъёмам. Корпуса их соединены вместе, а между центральными контактами включён диод. Сигнал с генератора с выходным сопротивлением в 50 Ом поступает через диод на осциллограф с тем же входным сопротивлением:

Поведение диода не зависит от формы сигнала. Когда напряжение превышает пороговое, происходит переключение. Автор подавал сигнал треугольной формы с частотой порядка 100 кГц. Спадание тока происходит за 900 пикосекунд, а нарастание — за 1,1 наносекунды. Впечатляет, особенно если учитывать, что схема состоит из одной детали, не считая сигнал-генератора. У генератора прямоугольных импульсов на таймере 555 переключение длится примерно 100 наносекунд.

Но размах выходного сигнала невелик, поскольку туннельные диоды работают при малых напряжениях и токах.

Далее автор пробует применить переключательный диод не по назначению — в генераторе. Здесь он будет поддерживать в контуре незатухающие колебания:

Колебательный контур первоначально состоял из одного витка диаметром в 9 мм и конденсатора на 2 пФ. Конденсатор на 10 нФ замыкает генерируемые колебания на себя, не пропуская их в цепь питания. Напряжение питание составляет 700 мВ, после запуска генератор продолжает работать при снижении напряжения до 330 мВ.

Сначала генератор работал на частоте в 295 МГц. При замене конденсатора в контуре на другой, ёмкостью в пФ, частота возросла всего до 300 МГц, из чего следует, что собственная ёмкость диода и дальше занижала частоту. Рассчитав индуктивность витка, автор далее вычислил собственную ёмкость диода — 18 пФ. В даташите сказано, что она не превышает 30 пФ, и это оказалось так.

При наблюдении колебаний важно не внести в контур дополнительную ёмкость. У 10-кратного щупа осциллографа ёмкость составляет 10 пФ, чего достаточно, чтобы ещё уменьшить частоту. Поэтому автор замкнул вход осциллографа на корпус, получив ещё один виток — измерительный. Поднеся его к витку контура, можно получить трансформатор без сердечника. Амплитуду колебаний так не узнать, но можно посмотреть, как она зависит от напряжения питания.

Чтобы увеличить частоту генерации, автор укоротил выводы диода и подключил конденсатор с аксиальным расположением выводов прямо к ним. Виток больше не нужен, индуктивность обеспечивают выводы компонентов. После подачи на схему напряжения питания в 700 мВ началась генерация на частоте в 581 МГц. Как бы ещё увеличить её? Взять объёмный резонатор?

Вероятно, работать с туннельными диодами проектировщикам было непросто: правило «строим усилитель — получается генератор» здесь так и норовило соблюстись. Поэтому автор пока не пробовал делать на таком диоде усилитель.

Выходной сигнал автор снимал тем же способом, и хотя он выглядит как идеально синусоидальным, он может быть и искажённым, просто на частоте в 581 МГц у осциллографа на 1 ГГц для обнаружения искажений не хватает разрешающей способности. Так же, как и в предыдущем случае, точно измерить амплитуду, а значит, сравнить по ней этот генератор с предыдущим, не получится.

Туннельные диоды очень «нежны»: один из них вышел у автора из строя при снятии ВАХ из-за слишком большой амплитуды сигнала с генератора, другой — от перегрева при пайке. С оставшимися восемью автор обращался значительно деликатнее. Впаивать диод нужно при температуре не более 260 °C не дольше 3 секунд и с теплоотводом. Рекомендуемого для таких целей медного пинцета толщиной в 2 мм у автора нет, но подошёл алюминиевый зажим, изначально приобретённый для пайки германиевых компонентов:

Диоды также боятся статики, к тому же, «проверка диодов тестером не допускается». У автора после такого опыта диод выжил, но во время проверки не звонился ни в одну сторону. Определять полярность нужно по иллюстрации в даташите.

Если с туннельными диодами собираетесь экспериментировать и вы, приобретите их на всякий случай с запасом, но соблюдать эти несложные правила начинайте сразу. И тогда не потеряете ни один.

Напряжение раствора туннельного диода — это… Что такое Напряжение раствора туннельного диода?

Напряжение раствора туннельного диода

71. Напряжение раствора туннельного диода

D. Projezierte Höckerspannug

E. Projected peak point voltage

F. Tension isohypse

Uрр

Значение прямого напряжения на второй восходящей ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода, при котором ток равен пиковому

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

  • напряжение разрушения (переосаждения) лакокрасочного покрытия
  • напряжение сдвига

Смотреть что такое «Напряжение раствора туннельного диода» в других словарях:

  • напряжение раствора туннельного диода — Uрр UРР Значение прямого напряжения на второй восходящей ветви вольт амперной характеристики туннельного диода, при котором ток равен пиковому. [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые приборы Обобщающие термины туннельные диоды EN projected… …   Справочник технического переводчика

  • вольт-амперная характеристика туннельного диода — Iп пиковый ток; Iв ток впадины; Uв напряжение впадины; Uп напряжение пика; Upp напряжение раствора Черт.2 [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые приборы …   Справочник технического переводчика

  • напряжение — 3.10 напряжение: Отношение растягивающего усилия к площади поперечного сечения звена при его номинальных размерах. Источник: ГОСТ 30188 97: Цепи грузоподъемные калиброванные высокопрочные. Технические условия …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ 25529-82: Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров — Терминология ГОСТ 25529 82: Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров оригинал документа: 87. Временная нестабильность напряжения стабилизации стабилитрона D. Zeitliche Instabilitat der Z Spannung der Z… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

4 Туннельный диод

Введение

Туннельный диод — это полупроводниковый диод, в котором p-n-переход образован в результате контакта дырочного вырожденного полупроводника с электронным вырожденным полупроводником. Созданный таким образомp-n-переход оказывается настолько тонким, что в нем наряду с обычными составляющими прямого и обратного токов проявляется туннельный эффект, приводящий к появлению на вольт-амперной характеристике при прямом включении диода участка отрицательной проводимости. На языке теории цепей это означает, что в принципе, туннельный диод может работать как генератор и усилитель электрических сигналов. Поскольку туннельный эффект безинерционен, эта особенность туннельного диода должна проявляться в широком диапазоне частот.

Реальные трудности использования туннельных диодов оказались довольно значительными. Кроме того, технология изготовления туннельных диодов сильно отличается от базовых технологий интегральных микросхем. Поэтому в настоящее время туннельные диоды почти не применяются.

Своеобразную вольт-амперную характеристику имеет обращенный диод, в котором p-n-переход образован в результате контакта вырожденного полупроводника с невырожденным полупроводником противоположного типа проводимости. Обращенные диоды используются как наиболее чувствительные детекторы и преобразователи частоты в диапазонах сверхвысоких частот.

4.1 Цель работы

Научиться определять статические, дифференциальные и динамические параметры туннельного диода (ТД).

4.2 Задачи

Для достижения поставленной цели Вам необходимо решить следующие задачи:

— ознакомиться со справочными данными испытуемого ТД;

— провести измерение статической ВАХ ТД при прямом и обратном включении;

— построить статическую ВАХ ТД и определить статические параметры ТД;

— рассчитать дифференциальные и динамические параметры ТД;

— определить параметры генератора на ТД.

4.3 Порядок работы и методы решения задач

4.3.1 Из справочника /1/ выпишите кратко основные электрические параметры исследуемого ТД, начертите его условное графическое обозначение, эскиз внешнего вида. Расшифруйте маркировку.

4.3.2 С помощью лабораторного макета, передняя панель которого с элементами управления и контроля показана на рисунке 4.1, проведите измерение статической ВАХ ТД /2, раздел 15-4; 3, раздел 3.3; 4, раздел 3.28/.

Перед включением измерительного прибора в сеть, проверьте наличие заземления корпуса прибора!

Измерение статической ВАХ ТД с помощью лабораторного макета производится по точкам методом вольтметра-амперметра при включении ТД в схему моста. Принципиальная схема измерительного блока приведена на рисунке 4.2.

При измерении ВАХ ТД задавайте различные значения тока через диод при прямом и обратном включении и измеряйте соответствующие им напряжения на ТД. Ток ТД меняйте от нуля до 5 мА.

При прямом включении ТД особое внимание обратите на точки экстремумов на ВАХ, зафиксируйте токи и напряжения ТД в этих точках.

Переведите ТД в режим генератора (рисунок 4.1), подключите выход измерительного блока со входом вертикального усиления осциллографа. Задайте режим постоянного смещения ТД, соответствующий падающему участку на его ВАХ. Зарисуйте в масштабе форму колебаний тока и напряжения релаксационного генератора на ТД с экрана осциллографа.

4.3.3 Используя результаты полученных измерений, постройте полную статическую ВАХ ТД и определите по характерным точкам ВАХ статические параметры ТД /2, раздел 15-4; 3, раздел 3.3; 4, раздел 3.28/:

— пиковый ток Iп;

— ток впадины Iв;

— отношение Iп/Iв;

— напряжение пика Uп;

— напряжение впадины Uв;

— напряжение раствора Uрр.

4.3.4 Методом графического дифференцирования определите величину дифференциального сопротивления ТД на падающей ветви ВАХ r.

Изобразите эквивалентную схему ТД, запишите значения величин входящих в схему элементов, найденные расчетным путем и данные в справочнике /1/.

Рассчитайте параметры, характеризующие динамические свойства ТД /4, раздел 3.28/:

— предельную резистивную частоту fR;

— резонансную частоту fo.

Отчет о работе должен содержать результаты изучения, измерений и вычислений по всем пунктам задания.

Для успешной защиты отчета по выполненной работе необходимо уметь пояснить ход статической ВАХ ТД, уметь определять статические и динамические параметры ТД.

Библиографический список

1 Баюков А.В. и др. Полупроводниковые приборы. Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник. — М.: Энергоиздат, 1982. — 744 с.

2 Дулин В.Н. Электронные приборы: Учебник. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1977. — 424 с.

3 Батушев В.А. Электронные приборы: Учебник. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1980. — 383 с.

4 Пасынков В.В. и др. Полупроводниковые приборы: Учебник. — 3-е изд., переработ. и доп. — М.: Высш. шк., 1981. — 431 с.

Варикапы, туннельные, свч диоды

Варикапы, туннельные, свч диоды

ВАРИКАПЫ Цена  
КВ102Б 10,00 ₽  
КВ103А 10,00 ₽  
КВ103Б 10,00 ₽  
КВ104В 10,00 ₽  
2В105А 10,00 ₽  
КВ106А 10,00 ₽  
КВ106Б 10,00 ₽  
КВ109А 10,00 ₽  
КВ109Г 10,00 ₽  
КВ110В 10,00 ₽  
КВ110Д 10,00 ₽  
КВ115А 10,00 ₽  
КВ119А 10,00 ₽  
КВ121А 10,00 ₽  
КВ121Г 10,00 ₽  
КВ122А 10,00 ₽  
КВ122Б 10,00 ₽  
КВ123А 10,00 ₽  
КВ125А 12,00 ₽  
КВ127А 10,00 ₽  
КВ131А 10,00 ₽  
КВ132 10,00 ₽  
2В133А 250,00 ₽  
КВ134А 10,00 ₽  
КВ139А 10,00 ₽  
КВС111А 20,00 ₽  
КВС111Б 40,00 ₽  
Д901А НЕТ  
Д901Б НЕТ  
Д901В НЕТ  
Д901Г НЕТ  
Д901Д НЕТ  
Д901Е НЕТ  
Д902 10,00 ₽  
диоды    
2А104АРОС 40,00 ₽  
2А201А 150,00 ₽  
2А203А 900,00 ₽  
2А505А 40,00 ₽  
2А506Е 40,00 ₽  
2А510Б 40,00 ₽  
2А511А 40,00 ₽  
2А604А 40,00 ₽  
2А120 40,00 ₽  
КА507А* 200,00 ₽  
2А509Б* 380,00 ₽  
2А517А–2 40,00 ₽  
2Д528В 40,00 ₽  
2Н101В 50,00 ₽  
КА602Е 50,00 ₽  
КА611Б-1 50,00 ₽  
3А112А 40,00 ₽  
3А206А–6 40,00 ₽  
3А539А 100,00 ₽  
1А401А 40,00 ₽  
АД110А 40,00 ₽  
АД516А 40,00 ₽  
АИ101А 40,00 ₽  
АИ201 40,00 ₽  
АИ202 40,00 ₽  
АИ301А 40,00 ₽  
АИ301В 40,00 ₽  
АИ301Б 40,00 ₽  
АИ301Г 40,00 ₽  
АИ306А 40,00 ₽  
АИ306Б 40,00 ₽  
АИ306В 40,00 ₽  
АИ306Г 40,00 ₽  
АИ306Е 40,00 ₽  
АИ306К 40,00 ₽  
3И306Л 40,00 ₽  
3И306М 40,00 ₽  
3И306Н 40,00 ₽  
3И306С 40,00 ₽  
АИ308Б 140,00 ₽  
АИ402 40,00 ₽  
ГД107Б 40,00 ₽  
ГД402 40,00 ₽  
ГД507А 10,00 ₽  
ГД508А 10,00 ₽  
ГД511Б 40,00 ₽  
ГД511В 40,00 ₽  
ГИ103А 40,00 ₽  
ГИ103Г 40,00 ₽  
ГИ304А 40,00 ₽  
ГИ305А 40,00 ₽  
ГИ305Б 40,00 ₽  
ГИ307 40,00 ₽  
1И308Б 140,00 ₽  
2Г401Б 300,00 ₽  
ГИ401 (1И401А/Б) 300,00 ₽  
ДК–В1 40,00 ₽  
ДК–В2 40,00 ₽  
ДК–В3 40,00 ₽  
ДК–В4 40,00 ₽  
Д401 40,00 ₽  
Д405 40,00 ₽  
Д603 40,00 ₽  
Д604 40,00 ₽  
Д605 40,00 ₽  
Д609 40,00 ₽  
Д944 40,00 ₽  
ДК–С2М 40,00 ₽  
ДК–И2М 40,00 ₽  
Д–3Б 40,00 ₽  

ДИОДЫ

   Диод является двух электродным полупроводниковым прибором. Это соответственно Анод (+) или положительный электрод и Катод (-) или отрицательный электрод. Принято говорить, что диод имеет (p) и (n) области, они соединены с выводами диода. Вместе они образуют p-n переход. Разберем подробнее, что же такое этот p-n переход. Полупроводниковый диод представляет собой очищенный кристалл кремния или германия, в котором в область (p) введена акцепторная примесь, а в область (n) введена донорная примесь. В качестве донорной примеси могут выступать ионы Мышьяка, а в качестве акцепторной примеси ионы Индия. Основное свойство диода, это возможность пропускать ток только в одну сторону. Рассмотрим приведенный ниже рисунок:

Пример односторонней проводимости диода

   На этом рисунке видно, что если диод включить Анодом к плюсу питания и Катодом к минусу питания, то диод находится в открытом состоянии и проводит ток, так как его сопротивление незначительно. Если диод включен Анодом к минусу, а Катодом к плюсу, то сопротивление диода будет очень большим, и тока в цепи практически не будет, вернее он будет, но настолько маленьким, что им можно пренебречь. 

Иллюстрация прямой обратный ток диода

   Подробнее можно узнать, посмотрев следующий график, Вольт-Амперную характеристику диода:

Вольт-амперная характеристика диода

   В прямом включении, как мы видим из этого графика диод имеет небольшое сопротивление, и соответственно хорошо пропускает ток, а в обратном включении до определенной величины напряжения диод закрыт, имеет большое сопротивление и практически не проводит ток. В этом легко убедиться, если есть под рукой диод и мультиметр, нужно поставить прибор в положение звуковой прозвонки, либо установив переключатель мультиметра напротив значка диода, в крайнем случае, можно попробовать прозвонить диод, установив переключатель на положение 2 КОм измерения сопротивления. Изображается на принципиальных схемах диод так, как на рисунке ниже, запомнить, где какой вывод легко: ток у нас, как известно, всегда течет от плюса к минусу, так вот треугольник в изображении диода как бы показывает своей вершиной направление тока, то есть от плюса к минусу.

Диод полупроводниковый

   Соединив красный щуп мультиметра с Анодом, мы можем убедиться в том, что диод пропускает ток в прямом направлении, на экране прибора будут цифры равные ~ 800-900 или близкие к этому. Подключив щупы наоборот, черный щуп к аноду, красный к катоду мы увидим на экране единицу, что подтверждает, в обратном включении диод не пропускает ток. Рассмотренные выше диоды бывают плоскостные и точечные. Плоскостные диоды рассчитаны на среднюю и большую мощность и используют их в основном в выпрямителях. Точечные диоды рассчитаны на незначительную мощность и применяются в детекторах радиоприемников, могут работать на высоких частотах.  

 

Плоскостной и точечный диод

Какие бывают типы диодов ?


Схематическое изображение диодов


Фото выпрямительного диода

   А) На фото изображен рассмотренный нами выше диод.

Стабилитрон изображение на схеме

   Б) На этом рисунке изображён стабилитрон, (иностранное название диод Зенера), он используется при обратном включении диода. Основная цель: поддержание напряжения стабильным.


Двуханодный стабилитрон — изображение на схеме

   В) Двухсторонний (или двуханодный) стабилитрон. Плюс этого стабилитрона в том, что его можно включать вне зависимости от полярности.

Туннельный диод

   Г) Туннельный диод, может использоваться в качестве усилительного элемента.

Обращенный диод

   Д) Обращенный диод, применяется в высокочастотных схемах для детектирования.

Варикап

   Е) Варикап, применяется как конденсатор переменной ёмкости.

Фотодиод

   Ж) Фотодиод, при освещении прибора в цепи, подключенной к нему, возникает ток из-за возникновения пар электронов и дырок. 

 

Светодиоды

   З) Светодиоды, всем известные, и наверное наиболее широко применяемые приборы, после обычных выпрямительных диодов. Применяются во многих электронных устройствах для индикации и не только. 

   Выпрямительные диоды выпускаются также в виде диодных мостов, разберем, что это такое — это соединенные для получения постоянного (выпрямленного) тока четыре диода в одном корпусе. Подключены они по Мостовой схеме, стандартной для выпрямителей:

Схема диодного моста

   Имеют четыре промаркированных вывода: два для подключения переменного тока, и плюс с минусом. На фото изображен диодный мост КЦ405:

Фото диодный мост

   А теперь давайте рассмотрим подробнее область применения светодиодов. Светодиоды (вернее светодиодная лампа) выпускаются промышленностью и для освещения помещений, как экономичный и долговечный источник света, с цоколем позволяющим вкрутить их в обычный патрон для ламп накаливания.

Светодиодная лампа фото

   Светодиоды существуют в разных корпусах, в том числе и SMD.

smd светодиод фото

   Выпускаются и так называемые RGB светодиоды, внутри них находятся три кристалла светодиодов с разным свечением Red-Green-Blue соответственно Красный — Зеленый – Голубой, эти светодиоды имеют четыре вывода и позволяют путем смешения цветов получить видимым любой цвет.

Подключение RGB ленты

   Эти светодиоды в SMD исполнении часто выпускаются в виде лент с уже установленными резисторами и позволяют подключать их напрямую к источнику питания 12 вольт. Можно для создания световых эффектов использовать специальный контроллер:

Контроллер rgb

   Светодиоды при использовании не любят, когда на них подается напряжение питания выше того, на которое они рассчитаны и могут перегореть сразу или спустя какое-то время, поэтому напряжение источника питания должно быть рассчитано по формулам. Для советских светодиодов типа АЛ-307 напряжение питания должно подаваться примерно 2 вольта, на импортные 2-2,5 вольта, естественно с ограничением тока. Для питания светодиодных лент, если не используется специальный контроллер, необходимо стабилизированное питание. Материал подготовил — AKV.

   Форум по радиодеталям

Руководство по выбору туннельных диодов

| Инженерное дело360

Туннельные диоды — это сильно легированные P-N-диоды, в которых туннелирование электронов из зоны проводимости в материале N-типа в валентную зону в области P-типа создает область отрицательного сопротивления. Эта область отрицательного сопротивления является наиболее важной областью эксплуатации. По мере увеличения напряжения ток уменьшается. Эта функция делает туннельные диоды особенно полезными в генераторах и радиочастотных (RF) приложениях.Существует два основных типа туннельных диодов: стандартные туннельные диоды и обратные туннельные диоды. С обратным туннельным диодом пиковый ток очень мал или полностью подавлен. Это заставляет устройство напоминать обычный диод с PN переходом. Задние диоды имеют очень маленькое обратное напряжение пробоя, которое дает очень большой ток. Следовательно, при обратном смещении проводимость выше, чем при прямом смещении. Термины «назад» и «назад» подразумевают этот тип проводимости.

Технические характеристики

Технические характеристики туннельных диодов включают пиковый ток, минимальный ток, максимально допустимое обратное напряжение, прямое напряжение, максимально допустимую рассеиваемую мощность, емкость клемм и рабочую температуру перехода.Пиковый ток — это максимальный ток, а ток впадины — это минимальный ток в области туннелирования (отрицательное сопротивление). Прямое напряжение измеряется на выводах диода и является результатом протекания тока в прямом направлении. Рассеиваемая мощность определяется, когда туннельные диоды включены. Конечная емкость или емкость диода измеряется при приложении заданного обратного напряжения и частоты. Рабочая температура перехода — это диапазон температур, в котором туннельные диоды предназначены для работы.

Типы корпусов ИС

Туннельные диоды используют несколько различных типов корпусов ИС. Доступны следующие варианты: контур диода (DO), контур транзистора (TO), диод с малым контуром (SOD), дискретный корпус транзистора с малым контуром (SOT) (DPAK) и безвыводная поверхность с металлическим электродом (MELF). DO-4, DO-5, DO-8, DO-9, DO-15, DO-27, DO-34, DO-35, DO-41 и DO-201 представляют собой корпуса с контуром диода (DO). ТО-3, ТО-66, ТО-92, ТО-202, ТО-220, ТО-237 и ТО-247 представляют собой корпуса с контуром транзистора (ТО). SOD-80, SOD-106, SOD-123, SOD-323 и SOD-523 представляют собой корпуса с малыми контурными диодами (SOD).SOT23, SOT26, SOT89, SOT143, SOT223, SOT323, SOT343, SOT346, SOT353, SOT363, SOT416, SOT457 и SOT523 представляют собой корпуса транзисторов малого размера (SOT). QuadroMELF, MicroMELF и MiniMELF — это типы корпусов MELF для туннельных диодов. D2PAK — это большой корпус для поверхностного монтажа для туннельных диодов, который включает в себя теплоотвод. SC-59, SC-74 и SC-76 представляют собой пластиковые корпуса для открытого монтажа с тремя выводами.


Туннельные диоды — обзор

5.2.2.2 Сверхпроводимость нецентросимметричного LaNiC

2

Первоначальный отчет о сверхпроводимости в LaNiC 2 Ли и др.[335], основанные на данных по электросопротивлению, магнитной восприимчивости и теплоемкости, выявили объемный сверхпроводящий фазовый переход при Тл c ≈ 2,63–2,86 К и указали на степенную температурную зависимость теплоемкости сверхпроводящего состояния без БКШ. , C с ( T ) ~ 3,5 γ T c ( T / T c ) 3 для T c /2, с γ = 7.83 Дж / моль / К 2 . Утверждение о степенной зависимости C s ( T ) позже было оспорено исследованием высококачественных монокристаллических образцов LaNiC 2 (выращенных для измерений де Гааза – ван Альфена), которые выявлен тип BCS C s ( T ) ∝ exp (- Δ (0) / T ) с 2 Δ / k B T c = 2,9 ( T c = 2,70–2.75 К) [341]. Поведение типа BCS подтверждается микроскопическим исследованием 139 La-NQR [342], в котором сообщается 1/ T 1 ∝ exp (- 3,34 k B T c / T ), т.е. 2 Δ / k B T c = 3,34. Другой, более поздний отчет об удельной теплоемкости и глубине магнитного проникновения (с помощью метода TDO) поликристаллического LaNiC 2 представил аргументы в пользу двухщелевой сверхпроводимости с 2 Δ 1 / k B T c ~ 4 и 2 Δ 2 / k B T c ~ 2.4 [343], тогда как предыдущее исследование глубины магнитного проникновения LaNiC 2 (также основанное на методе TDO и поликристаллических образцах) Bonalde et al. [344] предложили структуру узлового зазора.

Одной из причин этих разногласий в отчетах, конечно, могут быть внутренние различия, например, в отношении стехиометрии углерода, но есть и другие возможные причины, такие как разные уровни магнитных примесей и, скорее всего, небольшие доли несверхпроводящих примесных фаз.Соответственно, также характеристики нормального состояния, такие как сообщенные значения Sommerfeld γ для LaNiC 2 , демонстрируют некоторые отклонения за пределы экспериментальных погрешностей от 6,5 (2) Дж / моль / К 2 [345] и монокристалла. значение от 6,7 Дж / моль / К 2 [341] до 7,7 Дж / моль / К 2 [343].

Электронная структура и электрон-фононное взаимодействие LaNiC 2 были изучены с помощью различных ab initio подходов. Субеди и Сингх [346] пришли к выводу, что LaNiC 2 представляет собой обычный электрон-фононный сверхпроводник с промежуточной связью, в котором основной вклад в связь вносят две низкочастотные несвязывающие-растягивающие моды C, одна из которых имеет сильные аномалии Кона.Соответственно, они ожидали, что параметр порядка LaNiC 2 будет по существу s-волнового типа с некоторой смесью p-волнового характера из-за отсутствия инверсионной симметрии. Хасе и Янагисава [347] использовали аналогичный подход для расчета зонной структуры, но дополнительно вычислили расщепление зон из-за ASOC. Они предложили довольно простую ПФ, состоящую только из одного большого листа и одного маленького эллипсоидального электронного кармана (если пренебречь ASOC). Они оценивают расщепление полосы из-за ASOC примерно в 42 мэВ.Соответствующие исследования де Хааса – ван Альфена, проведенные Hirose et al. [341] по существу подтвердили, что эти ab initio результаты экспериментально, однако, показали заметно меньшее расщепление двух эллипсоидальных листов FS всего на 20 мэВ.

Характеристики состояния типа II LaNiC 2 , определенные из монокристаллических исследований, являются объемными μ 0 H c2 (0) ≈ 0,2 T, определенными из измерений удельной теплоемкости. и, вероятно, связанное с поверхностью значение μ 0 H c2 (0) ≈ 0.6 Тл, полученное при исследовании удельного сопротивления. Последние обнаруживают довольно слабую анизотропию ориентации кристалла во внешнем поле [341].

Есть два довольно необычных экспериментальных наблюдения, указывающих на нетрадиционную природу электронного и сверхпроводящего состояния LaNiC 2 . Первое, появление спонтанных магнитных полей ниже Тл c = 2,7 К, было продемонстрировано Hillier et al. [348] с помощью измерений спиновой релаксации мюонов в нулевом поле.Возникновение спонтанных сверхтоков (например, на границах зерен, где параметр порядка неоднороден) означает нарушение симметрии сверхпроводящего параметра порядка относительно обращения времени [349]. Подробный анализ разрешенных симметрией состояний спаривания, которые могут демонстрировать нарушение симметрии относительно обращения времени в нецентросимметричной пространственной группе Amm 2, был проведен Quintanilla et al. [350] и исключает обычное спаривание синглетов с небольшими примесями спаривания триплетов.Скорее, они предложили неунитарное состояние спаривания триплетов с невырожденными состояниями спаривания с разными критическими температурами, которые, однако, в случае достаточно слабого ASOC могут быть экспериментально неразличимы. О появлении спонтанной намагниченности порядка 10 — 5 Гс вдоль направления оси c монокристаллов LaNiC 2 при измерениях намагниченности в нулевом поле впоследствии сообщили Sumiyama et al. [351]. Это наблюдение является дополнительным доказательством взаимосвязи между нарушением симметрии относительно обращения времени сверхпроводящего параметра порядка и нецентросимметрией кристаллической структуры, в которой отсутствует инверсионная симметрия вдоль оси c .Связанное с этим теоретическое исследование Янагисавы и Хасе [352], использующее вариационный метод Монте-Карло, пришло к выводу, что неунитарное состояние с нарушением симметрии обращения времени возникает в результате ограничений ASOC и теории групп.

Вторая довольно своеобразная особенность LaNiC 2 была обнаружена Катано и др. При исследовании сверхпроводящего T c при высоком давлении и удельного электрического сопротивления в нормальном состоянии, ? ( T ). [353].Они сообщают о значительном начальном увеличении T c со скоростью 0,25 К / ГПа до 3 ГПа и быстром падении T C выше примерно 5 ГПа, после чего сверхпроводимость, по-видимому, полностью подавляется, т. Е. , T c ( p ) отображает куполообразную зависимость давления. Прямо при давлении 5 ГПа, где T c начинает заметно падать, удельное сопротивление в нормальном состоянии начинает показывать аномальный выступ при температуре около 100 K и выше.Этот горб имеет тенденцию смещаться с увеличением давления в сторону более высокой температуры со скоростью 51,5 К / ГПа. Таким образом, фазовая диаграмма T vs p выглядит похожей (только перевернутой относительно оси давления) на диаграмму некоторых сильно коррелированных систем, таких как, например, CeP 2 Si 2 и CeIn 3 [354]. Однако в случае парамагнетика Паули LaNiC 2 магнитные степени свободы, очевидно, не имеют значения. Аномалия удельного сопротивления в нормальном состоянии LaNiC 2 может каким-то образом быть связана с возможностью отображения нестабильности ВЗП, о которой сообщалось для нескольких родственных соединений RNiC 2 с R = Pr – Tb, где температуры упорядочения ВЗП систематически повышаются с уменьшением объема элементарной ячейки [355,356 ].Однако реакция команды CDW на приложенное давление обычно имеет тенденцию быть подавляющей, то есть противоположной эволюции давления соответствующей аномалии в LaNiC 2 . Соответственно, Katano et al. [353] пришли к выводу, что новое состояние с высокоэнергетическим масштабом возникает при p ≥ 5 ГПа и, таким образом, указывает на сильно коррелированное электронное состояние LaNiC 2 , вопреки более ранним ожиданиям, что LaNiC 2 будет довольно простой металл. Реакция на давление LaNiC 2 также была теоретически проанализирована Wiendlocha et al.[357] путем объединения вычислений электронной структуры методом DFT с формализмом s-волны Элиашберга. Их результаты предполагают увеличение T c с увеличением давления, как это наблюдается экспериментально, но не могут объяснить подавление T c выше 5 ГПа, что, таким образом, делается вывод о механизме, который не рассматривается. по их подходу.

Другая категория экспериментальных исследований LaNiC 2 — это химические замещения, которые подходят для предоставления дополнительной информации к приведенным выше прямым исследованиям свойств сверхпроводящего состояния.Замена трехвалентного La на четырехвалентный Th в твердых растворах La 1 — x Th x NiC 2 подразумевает электронное легирование в зону проводимости и приводит к заметному увеличению T c вверх до 7,9 К для x = 0,5, что совпадает с минимумом параметра решетки c этой серии твердых растворов [358,359]. Эффект легирования Th был теоретически проанализирован Хасе и Янагисавой [347], но их результаты не могли дать прямого объяснения экспериментальной вариации T c в La 1 — x Th x NiC 2 и соответствующий твердый раствор Y 1 — x Th x NiC 2 [360].Умеренное увеличение T c было также достигнуто за счет замещения углерода / азота в LaNiC 2 — δ N x [360], в то время как замещение La магнитными ионами Ce в La 1 — x Ce x NiC 2 , несмотря на довольно небольшой фактор де Жена церия, приводит к полному подавлению сверхпроводимости всего на 2 ат.% [361]. Этот сильный эффект разрушения пар связан с кондо-физикой ионов Ce (см. Раздел 5.3.3 для обсуждения CeNiC 2 ), который имеет тенденцию вызывать особенно сильные эффекты разрыва пары [362, 363].

Esaki СВЧ диод »Электроника

Туннельный диод используется во многих микроволновых устройствах, где его можно использовать в генераторах и усилителях.


Учебное пособие по туннельному диоду В комплект входит:
Туннельный диод Теория туннельных диодов Структура устройства туннельного диода Обратный диод

Другие диоды: Типы диодов


Туннельный диод — это тип полупроводникового диода СВЧ, который может использоваться в генераторах, а также в усилителях.

Вместо того, чтобы использовать стандартную физику обычного PN перехода, туннельный диод использует квантово-механический эффект, называемый туннелированием, от которого он и получил свое название.

Эффект туннелирования придает туннельному диоду область отрицательного сопротивления, что позволяет использовать его в качестве генератора, а также в устройствах предварительного усилителя на частотах, лежащих далеко от микроволнового диапазона.

Хотя туннельные диоды сегодня не так широко используются, их все же можно использовать в большом количестве ВЧ-приложений.Они использовались в генераторах входных каскадов телевизионных приемников, схемах запуска осциллографов и т. Д. Они показали, что они имеют очень долгий срок службы и могут предложить очень высокий уровень производительности при использовании в качестве предварительного усилителя ВЧ.

Однако сегодня применения туннельных диодов менее распространены, потому что три оконечных устройства часто могут предложить лучший уровень производительности во многих областях.

Обнаружение туннельного диода

Туннельный диод был открыт в 1958 г. японским доктором наук.Студент-исследователь по имени Эсаки в 1958 году. он исследовал свойства и характеристики сильно легированных германиевых переходов для использования в высокоскоростных биполярных транзисторах.

Esaki произвел несколько сильно легированных переходов для быстродействующих биполярных транзисторов. Когда он тестировал и использовал эти устройства, он обнаружил, что они создают колебания на сверхвысоких частотах в результате туннельного эффекта.

Эсаки получил Нобелевскую премию по физике в 1973 году за работу над туннельным диодом.

После работы Эсаки другие исследователи продемонстрировали, что другие материалы также демонстрируют туннельный эффект. Холоняк и Леск продемонстрировали устройство на арсениде галлия в 1960 году, а другие продемонстрировали индийское олово, а затем в 1962 году эффект был продемонстрирован в материалах, включая арсенид индия, фосфид индия, а также кремний.

Обозначение цепи туннельного диода

Символ туннельного диода, используемый на принципиальных схемах, основан на используемом основном символе диода. Чтобы отличить символ туннельного диода от стандартного символа диода, к полосе символа цепи добавлены дополнительные хвосты.

Обозначение схемы туннельного диода

Достоинства и недостатки

Туннельный диод в наши дни не так широко используется, как когда-то. С улучшением характеристик других форм полупроводниковой технологии они часто становятся предпочтительным вариантом. Тем не менее, все же стоит взглянуть на туннельный диод, учитывая его преимущества и недостатки, чтобы понять, является ли он жизнеспособным вариантом.

Преимущества

  • Очень высокая скорость: Высокая скорость работы означает, что туннельный диод может использоваться для СВЧ-приложений.
  • Долговечность: Были проведены исследования туннельного диода, и было показано, что его характеристики остаются стабильными в течение длительных периодов времени, когда другие полупроводниковые устройства могли выйти из строя.

Недостатки

  • Воспроизводимость: Невозможно создать туннельный диод с такой воспроизводимой характеристикой на часто необходимом уровне.
  • Низкое соотношение между пиковым и минимальным токами: Область отрицательного сопротивления и ток от пика до минимума не так высок, как это часто требуется для обеспечения уровней производительности, которые могут быть достигнуты с другими устройствами.

Одной из основных причин раннего успеха туннельного диода была его высокая скорость работы и высокие частоты, с которыми он мог работать. Это произошло из-за того, что в то время как многие другие устройства замедляются из-за присутствия неосновных носителей, туннельный диод использует только основные носители, то есть дырки в материале n-типа и электроны в материале p-типа. Неосновные носители замедляют работу устройства и, как следствие, их скорость ниже. Кроме того, эффект туннелирования по своей природе очень быстрый.

Туннельный диод в наши дни используется редко, и это связано с его недостатками. Во-первых, у них только низкий туннельный ток, а это значит, что они маломощные. Хотя это может быть приемлемо для усилителей с низким уровнем шума, это является значительным недостатком, когда они используются в генераторах, поскольку требуется дополнительное усиление, и это может быть выполнено только устройствами, которые имеют более высокую мощность, то есть не туннельными диодами. Третий недостаток состоит в том, что это проблемы с воспроизводимостью устройств, приводящие к низким выходам и, следовательно, к более высоким производственным затратам.

Приложения

Хотя туннельный диод казался многообещающим несколько лет назад, вскоре его заменили другие полупроводниковые устройства, такие как IMPATT-диоды для генераторов и полевые транзисторы при использовании в качестве усилителя. Тем не менее туннельный диод является полезным устройством для определенных приложений.

Одна из областей, где туннельный диод может быть успешно использована, — это военное и другое оборудование, которое может подвергаться воздействию магнитных полей, высокой температуры и радиоактивности. Туннельный диод более устойчив к воздействию этих сред и, как таковой, по-прежнему может использоваться с пользой.

Еще одно преимущество туннельного диода, которое начинает открываться, — это его долговечность и надежность. После изготовления его характеристики остаются стабильными в течение длительного периода времени, несмотря на то, что его использование в случаях, когда другие устройства могут выйти из строя или выйти из строя.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Туннельный диод

Туннельный диод или Диод Эсаки — это тип полупроводникового диода, который способен очень быстро работать в микроволновом диапазоне частот за счет использования квантово-механических эффектов.

Он был изобретен в 1958 году Лео Эсаки, который в 1973 году получил Нобелевскую премию по физике за открытие эффекта электронного туннелирования, используемого в этих диодах.

Эти диоды имеют сильно легированный p-n переход шириной всего около 10 нм (100 Å).Сильное легирование приводит к нарушенной запрещенной зоне, где электронные состояния полосы проводимости на n-стороне более или менее выровнены с состояниями валентной запрещенной зоны на p-стороне.

Туннельные диоды производились General Electric и другими компаниями примерно с 1960 года и до сих пор производятся в небольших количествах. [ http://www.eetimes.com/special/special_issues/millennium/milestones/holonyak.html «Туннельные диоды, убийцы транзисторов», EE Times, получено 7 апреля 2008 г.] ] Туннельные диоды обычно делают из германия, но также может быть изготовлен из арсенида галлия и кремния.Их можно использовать как генераторы, усилители, преобразователи частоты и детекторы. [ Fink, стр. 7-35 ]

Операция прямого смещения

При нормальной работе прямого смещения, когда напряжение начинает расти, электроны сначала туннелируют через очень узкий барьер pn-перехода, потому что заполненные электронные состояния в зоне проводимости на n-стороне становятся выровненными с пустыми дырочными состояниями валентной зоны на p-стороне pn перехода. При дальнейшем увеличении напряжения эти состояния становятся более несовместимыми, и ток падает & mdash; это называется «отрицательным сопротивлением», потому что ток уменьшается с увеличением напряжения.При дальнейшем увеличении напряжения диод начинает работать как обычный диод, где электроны перемещаются за счет проводимости через pn-переход, а не за счет туннелирования через барьер pn-перехода. Таким образом, наиболее важной рабочей областью туннельного диода является область отрицательного сопротивления.

Операция обратного смещения

При использовании в обратном направлении они называются обратными диодами и могут действовать как быстрые выпрямители с нулевым напряжением смещения и крайней линейностью для сигналов мощности (они имеют точную квадратичную характеристику в обратном направлении. ).

При обратном смещении заполненные состояния на p-стороне все больше выравниваются с пустыми состояниями на n-стороне, и теперь электроны туннелируют через барьер pn-перехода в обратном направлении & mdash; это эффект Зенера, который также имеет место в стабилитронах.

Сравнение технических характеристик

В обычном полупроводниковом диоде проводимость имеет место, когда pn-переход смещен в прямом направлении, и блокирует ток, когда переход смещен в обратном направлении. Это происходит до точки, известной как «обратное напряжение пробоя», когда начинается проводимость (часто сопровождается разрушением устройства).В туннельном диоде концентрация легирующей примеси в p- и n-слоях увеличивается до точки, где обратное напряжение пробоя становится нулем и диод проводит в обратном направлении. Однако при прямом смещении возникает странный эффект, называемый «квантово-механическое туннелирование», которое приводит к возникновению области, где «увеличение» прямого напряжения сопровождается «уменьшением» прямого тока. Эта область отрицательного сопротивления может использоваться в твердотельной версии динатронного генератора, в котором обычно используется тетродетермионный клапан (или трубка).

Туннельный диод показал большие перспективы в качестве генератора и высокочастотного порогового (триггерного) устройства, поскольку он мог работать на частотах, намного превышающих частоты тетрода, в микроволновых диапазонах. Туннельные диоды применялись в гетеродинах для телевизионных тюнеров УВЧ, схемах запуска в осциллографах, схемах высокоскоростных счетчиков и схемах генератора импульсов с очень коротким временем нарастания. Туннельный диод можно также использовать как малошумящий СВЧ-усилитель. [ Дональд Г.Fink (ed), Electronic Engineers Handbook, McGraw Hill, New York, 1975, ISBN 0-07-02980-4, стр. 13-64 ] Однако с момента своего открытия более традиционные полупроводниковые устройства превзошли свои характеристики с использованием традиционных методов генерации. Для многих целей устройство с тремя выводами, такое как полевой транзистор, более гибкое, чем устройство только с двумя выводами. Практичные туннельные диоды работают при нескольких миллиампер и нескольких десятых вольта, что делает их маломощными устройствами. [ Л.W. Turner, (ed), Справочник инженера-электронщика, 4-е изд. Ньюнес-Баттерворт, Лондон 1976 ISBN 0 408 00168 стр. 8-18 ] Диод Ганна обладает аналогичными характеристиками на высоких частотах и ​​производит большую мощность.

Туннельные диоды также относительно устойчивы к ядерному излучению по сравнению с другими диодами. Это делает их хорошо подходящими для сред с более высоким уровнем излучения, например, в космических приложениях.

Ссылки

ee также

* Лавинный диод
* Обратный диод
* IMPATT-диод
* Резонансный межзонный туннельный диод
* Резонансный туннельный диод
* Si / SiGe резонансный туннельный диод
* SiGe-резонансный туннельный диод
* SiGe туннельный диод
* туннельный переход
* стабилитрон

Фонд Викимедиа.2010.

Фотоника с резонансным туннельным диодом — Книга

Принадлежности

1 Кафедра физики и астрономии, Университет Кертина, Бентли, Западная Австралия

2 Отдел нанофотоники, группа сверхбыстрой био- и нанофотоники, INL — Международная Иберийская лаборатория нанотехнологий, Av. Mestre José Veiga s / n, 4715-330 Брага, Португалия

3 Отделение физики факультета наук Лиссабонского университета, Кампу-Гранди, 1740-016 Лиссабон, Португалия

Об авторах

Профессор Чарли Айронсайд — профессор кафедры физики и астрономии Университета Кертина (Западная Австралия).Он получил докторскую степень в Университете Хериот-Ватт (Эдинбург), а в 1998 году был назначен профессором квантовой электроники в Университете Глазго. Он имеет более 30 лет опыта в исследованиях полупроводниковой оптоэлектроники и микротехнологии фотонных компонентов. Он является членом IET, членом IOP и старшим членом IEEE. Наряду с сотнями статей он является соавтором пяти патентов.

Бруно Ромейра получил степень доктора философии (с отличием) по физике и европейскую степень доктора философии в Университете Алгарве, Фару, Португалия, совместно с Университетом Глазго, Великобритания, и Университетом Севильи, Испания, в 2012 году.Его исследования охватывают несколько дисциплин прикладной физики и инженерии, включая физику полупроводников, квантовую наноэлектронику, низкоразмерные наноструктуры, а также нанофотонные и нейроморфные устройства.

Хосе Фигейредо получил степень бакалавра физики (оптика и электроника) и степень магистра в области оптоэлектроники и лазеров в Университете Порту, Португалия, в 1991 и 1995 годах. Он защитил докторскую диссертацию в Университете Глазго, Шотландия, в области оптоэлектроники. свойства резонансных туннельных диодов, участвовавших в совместной программе Universidade do Porto и Университета Глазго.Затем он переехал в Universidade do Algarve, Португалия. Он присоединился к физическому факультету факультета наук Лиссабонского университета в 2017 году. Он является членом исследовательского подразделения CENTRA (tecnico.ulisboa), Португальского общества оптики и фотоники, Европейской микроволновой ассоциации, Оптического общества Америки и IEEE. Общество фотоники.

MJRainey — Туннельный диодный передатчик

«Синхронизация»

Схема здесь

Теперь мне ясно, почему почти все передатчики с туннельными диодными новинками 1960-х годов были разработаны для телефонов, а не для CW.Попытка удержать частоту генератора на туннельном диоде, привязанную к кристаллу кварца — при одновременном извлечении из него стаккато энергии — сродни балансировке горошины на ноже во время прыжка на пого-палку! Проблема связана с природой нелинейных осцилляторов в целом. То есть смещение, необходимое для разумной выходной мощности в генераторе с манипулятором, выше, чем смещение, необходимое для надежной синхронизации частоты с кварцевым кристаллом; схема показывает гистерезис.

Мое решение этой проблемы — использовать двухступенчатый передатчик.Возбудитель с кварцевым управлением непрерывно колеблется при небольшой нагрузке. Небольшая выборка энергии возбудителя требуется для надежной синхронизации управляемого, высокомощного, сильно нагруженного LC-генератора с рабочей частотой возбудителя. Эта схема напоминает классический передатчик задающий генератор-усилитель мощности (или MOPA); однако его более точно описать как задающий генератор, схему синхронизированного генератора мощности. Я назвал этот двухступенчатый дизайн «Синхронность».

AA1MY любезно предоставил здесь несколько записей моего сигнала

Журнал контактов моего QTH в Роксбери, Вермонт

Date Station QTH My RST Мили / ватт Комментарии

1/10/08 AA1MY Bethel, ME 539 471k Sked

1/11/08 AA1MY Bethel, ME 539 471k Включение и выключение контакта в течение 45 минут

14.01.08 AA1MY Bethel, ME 539 471k То же, что и выше; Продолжительность 2 часа

15.01.08 AA1MY Bethel, ME 439 471k QSO по случаю 50-летия статьи Лео Эсаки 1958 года

16.01.08 AA1MY Bethel, ME 549 471k Лучший пик QSB на данный момент

17.01.08 AA1MY Bethel, ME 329 500k Новый двухступенчатый передатчик: «Synchrony»

20.01.08 AA1MY Bethel, ME 349 500k

21.01.08 AA1MY Bethel, ME 549 471k

24.01.08 AA1MY Bethel, ME 229 833k 100 миль / 120 мкВт

2/05/08 AA1MY Bethel, ME 229 833k Все туннельные диодные станции, используемые в AA1TJ

2/07/08 AA1MY Bethel, ME 229 1052k 95uW; Превысил отметку в миллион миль на ватт

Подтвержденные отчеты о приеме радиобуев

28.01.08 AA1MY Bethel, ME 329 833k «Грааль»

28.01.08 N1RX Ньюпорт, NH 429 475k «Грааль»

2/07/08 AA1MY Bethel, ME 229 1052k «Orion» 95uW

09.02.08 КМ1З Берлингтон, ВТ 308к «Орион»

2/09/08 AA1MY Bethel, ME 339 833k «Amore»

3/08/08 AA1MY Bethel, ME 249 2381k «Esaki» 42uW

Seab, AA1MY, неоднократно поражал меня своей способностью выделять мой слабый сигнал из шума.Он использует IC706-IIG и домашний тюнер. Лестничная линия управляет центральным питанием, 176-футовой перевернутой V-образной антенной с центром, расположенным на высоте 50 футов. Вот фотография Сиба во время одного из наших QSO.

Наконец, вот страница, которая разожгла мой энтузиазм по поводу туннельных диодных передатчиков, когда мне было четырнадцать лет. Это взято из The Transistor Radio Handbook , 1st Ed., 1963, D. Stoner, W6TNS, and L. Earnshaw, ZL1AAX

Квантовое туннелирование и туннельные диоды

Квантовое туннелирование — это квантово-механическое явление, при котором частица туннелирует через барьер, который она классически не могла преодолеть.Это рабочий механизм туннельных диодов. Туннелирование может возникать с барьерами толщиной от 1 до 3 нм и меньше. Простой барьер можно создать, разделив два проводника очень тонким изолятором.

Энергия частицы, прошедшей через барьер, остается неизменной, но амплитуда ее волновой функции уменьшается.

Туннельный ток быстро спадает, когда частицы проходят сквозь барьер. Следовательно, могут быть созданы туннельные диоды с диапазоном напряжений, для которых ток падает с ростом приложенного напряжения.Это своеобразное свойство используется в таких приложениях, как высокоскоростные устройства, где характерная вероятность туннелирования изменяется так же быстро, как напряжение смещения.

Частицы, которые туннелируют через барьер туннельного диода, на самом деле являются заряженными частицами. Есть два типа электрического заряда (о которых мы знаем): положительный и отрицательный. На самом деле эти слова не следует воспринимать слишком серьезно. В электроне нет ничего отрицательного в том смысле, что отрицательные числа меньше нуля.Фактически, это историческая случайность, когда электрон был назван отрицательным, вследствие того факта, что сначала считалось, что электричество движется в противоположном направлении, чем это считается сейчас.

Несмотря на терминологию, основной факт, хорошо известный нашим древним предкам, заключается в том, что когда дело доходит до полярности, то, что нравится, отталкивает, а не нравится, привлекает. Этот простой факт делает возможными атомы, следовательно, материю в том виде, в каком мы ее знаем.

Электрический заряд — это сохраняемое свойство многих субатомных частиц.Протон имеет особый положительный заряд, который никогда не меняется. В более крупном масштабе объекты могут приобретать или терять различное количество электрического заряда. Обычный сценарий для макроскопического объекта — быть нейтральным по отношению к электрическому заряду, потому что составляющие атомы по большей части состоят из равного количества положительных протонов и отрицательных электронов, стабилизированных строгим присутствием нейтронов.

Когда атомы приобретают или теряют один или несколько электронов, они становятся отрицательно или положительно заряженными и становятся ионами.Если это происходит со значительной долей атомов в макроскопическом теле, объект приобретает заряд и притягивает или отталкивает непохожие или похожие заряженные объекты.

В конце концов было обнаружено, что электрический заряд квантуется и не может занимать любую позицию в континууме, а вместо этого существует в дискретных кратных базовой величине. Фактически, основной электрический заряд, проявляемый всеми электронами и протонами, равен –e или + e, и он примерно равен минус или плюс 1.602 × 10 -19 кулонов. Исключением является кварк, который, как вирус в клетке человека, существует как составная часть других субатомных частиц. Он имеет заряд, кратный е / 3.

Туннельный диод имеет отрицательное сопротивление в области напряжений, где происходит туннелирование.

Квантовое туннелирование работает потому, что материю можно полностью описать, рассматривая каждую частицу как волновую функцию. Частица, столкнувшись с предположительно непреодолимым барьером, может в небольшом количестве случаев перейти с одной стороны барьера на другую.
Эрнест Резерфорд и другие предвосхитили квантовую механику в первые годы двадцатого века, описывая период полураспада и распад. Джордж Гамов был одним из первых, кто решил уравнение Шредингера, показав, что период полураспада частицы и энергия излучения приводят к туннелированию как вероятному событию.

Точка зрения классической механики утверждает, что частицы, не обладающие достаточной энергией, чтобы пересечь барьер, на самом деле никогда этого не сделают. Поскольку энергия частицы или, точнее говоря, волновой функции, имеет энергию в определенной ширине полосы, часть этой энергии может завершить пересечение.

Фактическая ВАХ германиевого туннельного диода, изображенная в Википедии.

Излишне говорить, что принцип неопределенности Гейзенберга дает возможность понять, что происходит. Он утверждает, что положение и импульс частицы не могут быть известны одновременно. Важно понимать, что это не какое-то психологическое препятствие для человеческого познания, а проблема измерения.

Квантовое туннелирование использует преимущества многоуровневой природы волновой функции частицы, поэтому она может двигаться способами, которые были бы невозможны в классической физике.Помимо туннельных диодов, существует множество практических применений, в которых это явление используется.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *