No processo de construção de vários circuitos eletrônicos, muitas vezes é necessário gerar oscilações de várias formas. Essa tarefa pode ser resolvida de diferentes maneiras. Na maioria das vezes, vários geradores são usados para isso, que é um amplificador de feedback positivo. Você também pode usar um elemento com resistência negativa.
Um desses elementos é um diodo de túnel, a característica de corrente-tensão (IVC) do qual é esquematicamente mostrado na Figura 1. No mesmo local, linhas pontilhadas marcam a área com resistência CA negativa, ou seja, a parte decrescente da característica I - V para a qual dI / dU <0.
Propriedades básicas de um diodo túnel
O diodo túnel, cujo esquema é mostrado na Figura 2, foi desenvolvido em 1957 pelo físico japonês Leo Esaki, que se tornou ganhador do Prêmio Nobel 15 anos depois.
Ele difere de outros dispositivos eletrônicos de estado sólido em uma concentração muito alta de dopantes, como resultado dos quais eles começam ter uma influência decisiva sobre seus parâmetros em termos de condutividade, ou seja, o semicondutor original (na maioria das vezes Ge ou GsAs) torna-se degenerar. Por esse motivo, alguns pesquisadores chegam a destacar esses materiais em um grupo especial de semimetais.
Além disso, em comparação com os diodos semicondutores clássicos, ele tem espessura várias vezes menor da região da junção pn e aumentou cerca de duas vezes o chamado. barreira potencial, que permite a manifestação do tunelamento da mecânica quântica efeito.
As resistências do componente são determinadas principalmente pela estrutura extremamente simples e pequena largura sua área de trabalho, o que permite reduzir o potencial de ação de controle para unidades de milivolts. Esses recursos fornecem notavelmente menos inércia em comparação com os transistores e a capacidade de funcionar normalmente em frequências de dezenas de GHz.
Junto com isso, o elemento é caracterizado pelo baixo consumo de energia e é capaz de funcionar plenamente na tensão mínima da fonte de alimentação.
O diodo túnel é altamente resistente à radiação ionizante.
As principais desvantagens são consideradas a rápida degradação dos parâmetros durante a operação e a baixa resistência ao superaquecimento. Além disso, o diodo requer um manuseio muito cuidadoso durante a configuração do circuito e solução de problemas. pode falhar mesmo com uma discagem regular com um multímetro.
Parâmetros principais e campos de aplicação
A lista de características de passaporte de um elemento geralmente inclui:
- corrente máxima permitida, corrente de pico e corrente de vale da característica I - V;
- tensão de polarização;
- capacidade própria;
- resistência ativa direta.
Em circuitos de micro-ondas semicondutores, um diodo túnel é usado em:
- interruptores de alta velocidade;
- circuitos para geração e amplificação de oscilações na faixa de comprimento de onda milimétrica.
Como exemplo, a Figura 3 mostra um diagrama do gerador mais simples baseado neste elemento.
A frequência de operação do circuito é definida pelo circuito LC, e o diodo túnel VD atua como um elemento chave que compensa as perdas de energia no circuito durante o processo de geração. O sinal de saída é obtido do resistor Rн.