Туннельный диод – это полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольт - амперной характеристике при прямом напряжении участка отрицательного дифференциального сопротивления.
Туннельный диод изготовляется из германия или арсенида галлия с очень большой концентрацией примесей, т.е. с очень малым удельным сопротивлением. Такие полупроводники с малым сопротивлением называют вырожденными. Это позволяет получить очень узкий р-n- переход. В таких переходах возникают условия для относительно свободного туннельного прохождения электронов через потенциальный барьер (туннельный эффект). Туннельный эффект приводит к появлению на прямой ветви ВАХ (рис. 8) диода участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Туннельный эффект состоит в том, что при достаточно малой высоте потенциального барьера возможно проникновение электронов через барьер без изменения их энергии.
Основные параметры туннельных диодов:
· пиковый ток Iп – прямой ток в точке максимума ВАХ;
· ток впадины Iв − прямой ток в точке минимума ВАХ;
· отношение токов туннельного диода Iп/Iв;
· напряжение пика Uп – прямое напряжение, соответствующее пиковому току;
· напряжение впадины Uв − прямое напряжение, соответствующее току впадины;
· напряжение раствора Uрр.
Туннельные диоды используются для генерации и усиления электромагнитных колебаний, а также в быстродействующих переключающих и импульсных схемах.
Рис. 8. Вольт-амперная характеристика туннельного диода
Обращенный диод – диод на основе полупроводника с критической концентрацией примесей, в котором проводимость при обратном напряжении вследствие туннельного эффекта значительно больше, чем при прямом напряжении.
Принцип действия обращенного диода основан на использовании туннельного эффекта. Но в обращенных диодах концентрацию примесей делают меньше, чем в обычных туннельных. Поэтому контактная разность потенциалов у обращенных диодов меньше, а толщина р-n- перехода больше. Это приводит к тому, что под действием прямого напряжения прямой туннельный ток не создается. Прямой ток в обращенных диодах создается инжекцией не основных носителей зарядов через р-n- переход, т.е. прямой ток является диффузионным. При обратном напряжении через переход протекает значительный туннельный ток, создаваемый перемещение электронов сквозь потенциальный барьер из р- области в n-область. Рабочим участком ВАХ (рис. 9) обращенного диода является обратная ветвь.
Таким образом, обращенные диоды обладают выпрямляющим эффектом, но пропускное (проводящее) направление у них соответствует обратному включению, а запирающее (непроводящее) – прямому включению.
Рис. 9. Вольт-амперная характеристика обращенного диода
Обращенные диоды применяют в импульсных устройствах, а также в качестве преобразователей сигналов (смесителей и детекторов) в радиотехнических устройствах.
Варикапы
Варикап – это полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости от величины обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.
Вольт-амперная характеристика варикапа приведена на рис. 10.
Полупроводниковым материалом для изготовления варикапов является кремний.
Основные параметры варикапов:
· номинальная емкость Св – емкость при заданном обратном напряжении (Св = 10…500 пФ);
· коэффициент перекрытия по емкости Кс=Cmax/Cmin; (Кс = 5…20) – отношение емкостей варикапа при двух заданных значениях обратных напряжений.
Варикапы широко применяются в различных схемах для автоматической подстройки частоты, в параметрических усилителях.
Рис. 10. Вольт-фарадная характеристика варикапа
Контрольные вопросы
1. Если приложить «+» источника питания к катоду диода, а «-» к аноду, то какой ток будет протекать через диод?
2. Что показывает вольт-амперная характеристика?
3. Как влияет повышение температуры на диод?
4. Какие диоды применяют для выпрямления переменного тока?
5. Перечислите основные параметры варикапа.
6. В чем заключается туннельный эффект?
7. Где применяются варикапы?
Список литературы
1. Петленко Б.И., Иньков Ю.М., Крашенинников А.В. и др. Электротехника и электроника: учебник для студ. средн. проф. образования. 4-е издание. –М., Издательский центр «Академия», 2008.-320с., стр.140-148
2. https://emkelektron.webnode.com/news/poluprovodnikovyje-diody-razvjernutaja-ljektsija-/