Переключательные туннельные диоды

При работе туннельного диода в переключающем режиме основное значение приобретает раствор вольтамперной ха­рактеристики, характерные точки которой Служат стати­ческими параметрами прибора (см. табл. 13.1 и 13.2), так как эквивалентная схема не отражает — нелинейных свойств диода и для анализа его работы при большом сигнале имеет лишь вспомогательное значение (например, может служить для оценки времени переключения).

Различают два крайних случая работы переключающих схем с использованием двухполюсника, обладающего ха­рактеристикой с падающим участком n-типа, каким является туннельный диод: переключение токов и переключение на­пряжений (рис. 13.6) которого примерно равна AI — /р — Iv), Схема при этом имеет высокую чувствительность к входному напряжению (2£Увх<С но амплитуда крутого перепада выходного напряжения Аи мала по сравнению с раствором харак­теристики AU — Uf —Up. В режиме переключения напря­жений, наоборот, при малой амплитуде импульса тока на выходе (Ai С At)и невысокой чувствительности.(2сУБХ « Еб) схема формирует крутые перепады напряжения относи­тельно большой величины (равные примерно AU).

Длительность переключения /фв наиболее быстродей­ствующем режиме переключения напряжений может быть рассчитана или, предположив с небольшой погрешностью, что в течение всей длительности переходного про­цесса.

Особенностью такой области наиболее массового приме­нения переключающих туннельных диодов, как ячейки логи­ческих схем, применяемые в вычислительной технике, явля­ется то, что помимо обычных требований к величинам пара­метров диода, важнейшее значение приобретает разброс параметров. Этот разброс вместе с допусками на остальные элементы схемы решающим образом влияет на максимально возможное количество входных и выходных цепей логи­ческой ячейки.

В ряде случаев для обеспечения высокостабильной работы ячейки необходимо ограничить разброс параметров вольтамперной характеристики диода в пределах до 1 — 2%. Применение малых допусков позволяет увеличить возможное количество входов и выходов по сравнению с минимально необходимым, что дает возможность повы­сить быстродействие схемы введением форсированного режима, т. е. увеличением переключающего тока.

Генераторные

Усилительные

Основными характеристиками туннельного усилителя являются произведение полосы пропускания на коэффи­циент усиления и коэффициент шума. Связь этих характе­ристик с малосигнальными параметрами туннельного диода может быть записана в виде где у— усиление по мощности; А/ — полоса пропускания; Ыш = с~^. —шумовой коэффициент диода; /0—ток смещения; R, С, /д —значение параметров диода в рабочей точке.

Эти формулы получены для усилителя, работающего на отражение, при условии у> 1. Из последних двух формул следует, что усилительные диоды должны иметь высокие пре­дельные частоты, по крайней мере в 2—3 раза превышающие рабочую частоту, и малый шумовой коэффициент Nm. Соот­ношение^//? < I, как правило, имеет место для всех усили­тельных диодов, выпускаемых промышленностью. С точки зрения шумов германиевые туннельные диоды имеют пре­имущества по сравнению с арсенидо-галлиевыми, поскольку у последних Nm в полтора раза больше. Но в тех случаях, когда шумы не имеют первостепенного значения, пред­почтение иногда отдают диодам из арсенида галлия из-за их более широкого динамического диапазона.

Дополнительным требованием к усилительным диодам является — их потенциальная устойчивость, т. е. возможность осуществления стабильного режима работы (для этого до­статочно, чтобы Ls< RmQ-

43.Обращенные Диоды. Зонная диаграмма. ВАХ и как эту хуйню использоватьОбращенными диодами называют полупроводниковые диоды, в которых вследствие туннельного эффекта проводимость при обратном напряжении значительно больше, чем при прямом, а пиковый ток и ток впадины приблизительно равны.

Прямая ветвь вольт-амперной характеристики обращенного диода (рис. 2.7‑2) аналогична прямой ветви ВАХ типичного выпрямительного или универсального диода. Обратная же ветвь его вольт-амперной характеристики аналогична обратной ветви ВАХ туннельного диода. По сути, обращенные диоды — это вырожденные туннельные диоды. Обратные токи у них велики уже при ничтожно малых обратных напряжениях (десятки милливольт) и значительно превосходят прямые токи в этой области напряжений.

Рис. 2.7-2. Вольт-амперная характеристика обращенного диода и пунктиром туннельного

Обращенные диоды, таким образом, обладают выпрямляющим эффектом, но проводящее направление у них соответствует обратному включению, а запирающее — прямому. При этом все сказанное выше о быстродействии туннельных диодов полностью распространяется и на обращенные диоды. Это позволяет использовать такие приборы для выпрямления малых сигналов на высоких и сверхвысоких частотах, в смесительных и переключательных схемах. Их дополнительным преимуществом является очень высокая чувствительность и низкий уровень шумов.

Благодаря малой ёмкости и отсутствию накопления неосновных носителей обращённые диоды применяется в СВЧ схемахдетектирования (выпрямления малых сигналов. При этом максимальное рабочее обратноенапряжение не превышает 0,7 В.

Также применяются в смесителях СВЧ сигналов, например, в приёмном тракте радиолокационных станций^[2].

Так как при малых смещениях дифференциальное сопротивление диода очень велико, а даже при небольших обратных напряжениях оно велико, эти приборы применяются в коммутаторах и переключателях малых СВЧ-сигналов.