3 tunneling dióda (5. oldal
2.2.2. alagút dióda
A mikrohullámú technikát használják egy alagút diódával (TD) -poluprovodnikovy eszköz frekvencián működő legfeljebb 10 GHz. Ezt alkalmazzák a generátorok, erősítők, frekvenciaváltók, és kapcsolók. A munkaképesség kicsi, de ez az első félvezető eszköz, amely képes hatékonyan dolgozni ilyen magas frekvencián. Az alagút dióda gyártották 1958 godu Leo Isaki, amely már kapott az 1973-as fizikai Nobel-díjat az a kísérleti megfigyelés elektron alagút ezekben diódák.
Az alagút dióda - félvezető dióda alapuló p + - n + erősen adalékolt átmenet területeken a határidős része a áram - feszültség jellemzők, amelyek nablyudaetsyaN alakú függését feszültségű. 2.10 ábra mutatja egy alagutat dióda szerkezet (b) ábra az áram-feszültség karakterisztika egy tipikus alagút diódával egy előre torzítás (a).
Ábra. 2.10. Tunnelling Diode: a) áram - feszültség jellemző, amikor egy előre torzítás; b) egy alagút dióda szerkezete; c) a szimbólum
Elemzése jellemzői a jelenlegi - feszültség jellemző az alagút dióda. Ehhez figyelembe vesszük p + - n + találkozásánál kialakított két degenerált félvezetők.
Ha a koncentráció a donorok és akceptorok az emittere és a bázisa a dióda közel van a 10 20 cm -3. koncentrációja többségi töltéshordozók sokkal nagyobb, mint a hatásos állapotsűrűség a megengedett sávokban. Ebben az esetben, a Fermi szint lesz megengedett a területeken p + - és n + típusú félvezető.
A félvezető n + - típusú, összes Államokban a vezetési sávban egészen a Fermi szint által elfoglalt elektronok, mint a félvezető p + - típusú - lyukak. Sáv diagram p + - n + csomópont által alkotott két degenerált félvezetők, ábrán adjuk 2.11.
Ábra 2.11. Sáv diagram p + - n + átmenet egyensúlyi
A alagút hatás a szűk csatornák nagy elektromos tér jelentősen befolyásolja a során a jelenlegi - amper jellemzők sósav p-n átmenetet.
Tekintsük részletesebben az átbocsátó junctionok degenerált p + - n + csomópontok különböző feszültségű. 2.12 ábra mutatja a hullámsávot diagramja az alagút dióda záróirányú előfeszültséget.
A záróirányú feszültség, a dióda áram által okozott csövez átmenet az elektronok a vegyérték sáv, hogy a szabad tér a vezetési sávban. A alagútáram növekedésével meredeken növekvő záróirányú feszültség, mivel a koncentráció a elektronok és a lyukak nagyok. Ez a viselkedés az áram - feszültség jellemzőit az alagút dióda élesen megkülönböztetni a normál dióda.
Amikor egyenáramú feszültség a dióda által okozott tunneling elektronok a vezetési sávban átmenet szabad hely a vegyérték sáv. Mivel tunneling nélkül előfordulhatnak szórási, vagyis megőrizve a tunneling részecske energia sávban diagramot a ezek a folyamatok tükröződni fog egyenes vízszintes vonalak. 2.12 ábra mutatja a hullámsávot diagramja az alagút dióda egy előre előfeszítő megfelelő három pontot egy egyenes szakasza a jelenlegi - feszültség jelleggörbe.
Ábra 2.11. A áram - feszültség jellemző egy alagút dióda (a) és annak sáv vázlata fordított előfeszítő (b)
Ábra. 2.12. Sáv diagram az alagút dióda előre bias: a) 1 rész; b) az a rész 2; c) az a rész 3
Az állomáson 1, egy kis előre feszültsége ellentétes vezetési sáv elektronok kezdenek megjelenni megüresedett a vegyérték sáv ugyanabban az energiát. Mivel a stressz növekedése megnöveli a megüresedett helyeire, és a jelenlegi növekszik a növekvő feszültség. A alagútáram eléri a maximális, amikor az összes megüresedett a vegyérték sáv energia szemben energiaszintek által elfoglalt elektronok a vezetési sávban (2 rész). Aztán, ahogy az előre feszültség növekedés, a több betöltetlen helyek kezd csökkenni, mint az energia kontraszt szintet foglal el az elektronok a vezetési sávban vannak államok az sávú (Az energiaszintek ideális bandgap félvezetők hiányzik). Az állomáson 3, az alagút jelenlegi csökken növekvő feszültség, és nulla lesz, ha a tiltott sáv p + típusú félvezető szemben található az energiaszintet által elfoglalt elektronok a vezetési sávban.
A további növekedés a határidős feszültség jelenik diffúziós áram komponens normál p-n átmenet. A telek a 3. ábrán 2.12 - egy része negatív differenciális ellenállás.
Eltérően más mikrohullámú eszközök tunneling diódáknak otritsatelnuyuaktivnuyu vezetőképessége vshirokom chastotvplot tartományban dof = 0.
Ábra. 2.13. A helyettesítő áramkör zamescheniyatunnelnogo dióda (a). A topológiai rajza Tell-microstrip erő alapján végrehajtott TD (b). Struktúrák Nye erő Tell-diagram (c)
A gyártás az AT-prini intézkedéseket tesz a snizheniyaLnoc kevesebb mint 0,1 nH csökkentésével a magassága a kerámia hüvely test és a használatát struktúrák gerendás pin. Kapacitás dióda szerkezete, hogy növelje a chastotyfkr kicsinek kell lennie (0,2-2,5 pF) .Usilitel alagút dióda regeneratív erőfeszítéseket lemma. Ez felerősíti a jelet bevezetésével érik el a elemet egy negatív ellenállás körét, ebben az esetben az AP. Az alagút dióda kompenzálja mind a saját rezgési energiaveszteség az áramkörben, és annak elvesztése miatt továbbítása a terhelés engedélyezett kimenetén a reflexiós típusú erősítőt. A közé tartoznak az áramkör a cirkulátor (többpólusú eszköz irányított adást az elektromágneses hullámok). A nyereség egy színpad kicsi, és általában csak 10-15 dB.Polosa frekvenciák függ az erősítés, kapacitás, és a negatív-negatív ellenállás dióda összhangban az általános összefüggést a regeneratív erősítők.
Annak megakadályozása érdekében öngerjesztés üzemel sávszélességet erősítők használt TD stabilizáló áramkör 2 (ábra 2.13, b, c). A bemeneti erősítő van kötve a megfelelő Rendezzük-CIÓ 1. posledovatelnogoL1C1-tuning áramkör és indukciós tivnostiLn. A stabilizáló áramkör 2 képződik poterRCT ellenállás és parallelnymL2 -konturom C2, a rezonáns frekvencia Koto-cerned azonos átlagos gyakorisága az erősítő. Közel rezonancia impedanciája L2 C2 nagy és egy kontúrja a stabilizáló hatása az erősítő áramkör működése jelentősen. Az üzemi frekvencia sávban hurok ellenállás kicsi, és a stabilizáló áramkör söntök diod.Dlya kivételével relaxációs oszcilláció a dióda áramkört, a belső ellenállása DC offset kicsinek kell lennie.
Az ábrán látható vázlat 2.13, egy dióda tartalmazza végén a MUX és stabilizáló induktivitás L2 az illesztő áramköri ILH tsepiobrazovany vonalszakaszok egy nagy hullám ellenállás. Van is egy stabilizáló kapacitása áramkör C2 és a fogda kapacitás SBL.
Szélessávú erősítők Alagút diódák alacsony zajszintet, mivel TD, működő kis áram (1,5 mA), a lövés zaj kicsi. Germánium dióda faktor-együttható zaj a centiméteres tartományban 4-7 dB. Fájdalom Chiyah zaj arányok megfelelnek az feletti frekvenciákon 10 GGts.Koeffitsienty zaj gallium-arzenid, és szilícium-diódák magasabb, mint a germánium dióda.
A hátrányok erősítők AP kis teljesítményű nasy-scheniya, valamint a bizonytalanság alagútdióda túlterhelés utáni következmény kis átmeneti átmérőjű. Meg kell jegyezni, hogy jelenleg kapcsolatban a termelés alacsony zajszintű-Sauveur tranzisztorok és diódák, száma keverő-javulás eszközök, amelyek használata alagút diódával erősítők csökkent.