И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Но за счет работы диода на падающем участке характеристики ток возрастает, т. е. пройдет дополнительный импульс тока,-который добавит энергию в контур. Если эта дополнительная энергия достаточна для компенсации потерь, то колебания в контуре станут незатухающими. Туннельный переход электронов через потенциальный барьер происходит в чрезвычайно малые промежутки времени: 10 !х — 10 г» с, нли 10 з — 10 х нс.
Поэтому туннельные диоды хорошо работают на сверхвысоких частотах. Например, можно генерировать и усиливать колебания с частотой до десятков и даже сотен гигагерц. Следует заметить, что частотный предел работы туннельных диодов практически определяется не инерционностью туннельного эффекта, а емкостью самого диода, ин- О О Рис. 8.12. Простейшая схема включения тун- нельного диода лля генерации колебаний !3! + Е- 1так 1ам а Е ~1+не„ не» Рис, 8.14. Работа туннельного диода а импульсном режиме 132 Рис.
8.13. Простейшая схема усилителя с туннельным диодом (а) и график, поясняющий процесс усиления (б) дуктивностью его выводов и его активным сопротивлением. Принцип усиления с туннельным диодом показан на рис. 8.13. Для получения режима усиления необходимо иметь строго определенные значения Е и В„. Сопротивление В„ должно быть немного меньше абсолютного значения отрицательного сопротииления диода. Тогда при отсутствии входного напряжения исходная рабочая точка Тможет быть установлена на середине падающего участка (эта точка является пересечением линии нагрузки с характеристикой диода).
При подаче входного напряжения с амплитудой (),„ линия нагрузки будет «совершать колебания», перемещаясь параллельно самой себе. Крайние ее положения показаны штриховыми линиями. Они определяют конечные точки рабочего участка АБ. Проектируя эти точки на ось напряжений„получаем амплитуду выходного напряжения (2,, которая оказывается значительно больше амплитуды входного. Особенность усилителя на туннельном диоде — отсутствие отдельной входной и отдельной выходной цепи, что создает некоторые трудности при осуществлении схем с несколькими каскадами усиления. Усилители на туннельных диодах могут давать значительное усиление при невысоком уровне шумов и работают устойчиво.
Туннельный диод используется также в качестве быстродействующего переключателя, причем время переключения может быть около 10 е с, т.е. около 1 нс, и даже меньше. Схема работы туннельного диода в импульсном режиме в общем случае такая же, хак на рис. 8.13, но только входное напряжение представляет собой импульсы, а сопротивление Е„ должно быть несколько больше абсолютного значения отрицательного сопротивления диода. На рис. 8,14 показана диаграмма работы туннельного диода в импульсном режиме. Напряжение питания Е выбрано таким, что при отсутствии входного импульса диод работает в точке А и ток получается максимальным (1,„), т.
е. диод открыт. При подаче положительного импульса входного напряжения прямое напряжение на диоде увеличивается и режим работы диода скачком переходит в точку Б. Ток уменьшается до минимального значения 1,„, что условно можно считать закрытым состоя- нием диода. А если установить постоянное напряжение Е, соответствующее точке Б, то можно переводить диод в точку А подачей импульсов напряжения отрицательной полярности. Туннельные диоды могут применяться в технике СВЧ, а также во многих импульсных радиоэлектронных устройствах, рассчитанных на высокое быстродействие. Помимо весьма малой инерционности достоинством туннельных диолов является их стойкость к ионизирующему излучению, а также малое потребление энергии от источника питания.
К сожалению, эксплуатация туннельных диодов выявила существенный их нелостаток. Он заключается в том, что зти диоды подвержены значительному старению, т. е. с течением времени их характеристики и параметры заметно изменяются, что может привести к нарушению нормальной работы того или иного устройства.
Надо полагать, что в дальнейшем этот недостаток удастся свести к минимуму. Если для диода применить полупроводник с концентрацией примеси около 10гв см з, то при прямом напряжении туннельный ток практически отсутствует и в вольт-амперной характеристике нет падающего участка 1рис. 8.15). Зато при обратном напряжении туннельный ток по-прежнему значителен, и поэтому такой диод хорошо пропускает ток в обратном направлении. Подобные диоды, получившие название обращенных, могут работать в качестве детекторов на бо- Ряс. 8.15. Вольт-амперлая характеристика и условное графическое обозначение обращенного диода лее высоких частотах, нежели обычные диоды.
Все туннельные диоды имеют весьма малые размеры. Например, они могут быть оформлены в цилиндрических герметичных металлостеклянных корпусах диаметром 3 — 4 мм и высотой около 2 мм. Выводы у них гибкие ленточные. Масса не превышает 0,15 г. В настоящее время разрабатываются новые типы туннельных диодов, исследуются новые полупроводниковые материалы для них и проблемы замедления старения. В.З. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ ДЛЯ СВЧ На сверхвысоких частотах широкое распространение получили маломощные точечные полупроводниковые диоды.
Материалом для ннх служат германий, кремний или арсенид галлия с повышенным содержанием донорной или акцепторной примеси, благодаря чему база имеет низкое удельное сопротивление. За счет этого уменьшается время жизни носителей и быстро рассасывается заряд, накапливаемый в базе при прохождении прямого тока. Кроме того, малая площадь электронно-дырочиого перехода обусловливает небольшую емкость перехода. Именно эти особенности позволяют применять такие диоды на СВЧ.
Однако при низком удельном сопротивлении базы электронно-дырочный переход получается очень тонким и его пробой возникает уже при обратном напряжении в единицы вольт. Во многих случаях это обстоятельство не является недостатком, поскольку диоды большей частью работают на малых сигналах. Однако диоды с низким пробивным напряжением могут легко выйти из строя при сравнительно небольших перенапряжениях, например от зарядов статического электричества. Полупроводниковые СВЧ-диоды, как правило, имеют коаксиальную конструкцию 1рнс. 8.16) для более удобного их соединения с коаксиальными линиями или волноводами.
Коаксиальная конструкция выводов устраняет вредное влияние их емкости и индуктивиости. 133 Рнс. 8.16. Коакснальные конструкции диодов СВЧ ! — вервый электрон; 2 — кристалл; 3 — игла; 4— вэолктор; 5 — второй электрод Кроме показанных на рис.
8.16 конструкций встречаются и другие. Применение диодов с н — р-переходом на СВЧ довольно разнообразно. Дегнекгнорньге диоды, иначе называемые видеодентекнгорами, используются в приемной и измерительной аппаратуре всего СВЧ-диапазона. Смесительные диады применяются в той же аппаратуре для преобразования частоты. По сравнению с преобразователями частоты на вакуумных диодах преобразователи частоты на полупроводниковых диодах имеют то преимущество, что они могут работать на более высоких частотах, так как, время пробега носителей и емкость у полупроводникового диода значительно меньше, чем у вакуумного.
Кроме того, у полупроводниковых днодных преобразователей значительно меньше уровень собственных шумов. Параметрические диоды чаще всего используются в параметрических мало- шумящих усилителях, где они играют роль нелинейной емкости, Изменяющейся под действием приложенного переменного напряжения. В параметрических усилителях СВЧ удается получить значительное усиление колебаний при малом уровне шумов. Умножигнельньге диоды, как показывает нх название, применяются для умножения частоты.
Поскольку диод является нелинейным прибором, то иногда с помощью модуллнгарных диодов осуществляется модуляция колебаний СВЧ. Для переключения цепей СВЧ служат нереключангельньге диоды, причем в ряде 134 случаев возникает необходимость таких переключений в цепях со значительными мощностями. Использование полупроводниковых диодов для переключения позволяет уменьшить массу и габариты, увеличить надежность и долговечность радиоэлектронной аппаратуры. В переключательных диодах теряется очень небольшая мощность.
Однако допустимая переключаемая мощность у таких диодов значительно меньше, чем у некоторых других переключающих устройств. Сам процесс переключения в диодах сводится к тому, что резко изменяется полное сопротивление диода, причем под воздействием либо самого сигнала, либо дополнительного управляющего постоянного напряжения той или иной полярности, подаваемого на диод. Применяются различные типы переключательных диодов.
Обычная разница между прямым и обратным сопротивлением используется в нерезонансных нереключангельньгх диодах, В них должны быть минимальными емкость и индуктивность. Поэтому такие диоды изготовляются без корпуса и выводных проводов, а емкость и — р-перехода нередко компенсируется подключением к диоду некоторой индуктивности. Резонансные нереключаглельные диоды работают следующим образом. При прямом постоянном напряжении они представляют собой параллельный колебательный контур, состоящий из емкости корпуса, индуктивности выводов и сопротивления потерь диода. На резонансной частоте такой контур имеет большое сопротивление.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
