2.2.2. diode tunel
Tehnica de microunde este utilizat un dispozitiv -poluprovodnikovy diode tunel (TD) care funcționează la frecvențe de până la 10 GHz. Acesta este utilizat în generatoare, amplificatoare, convertoare de frecvență, și switch-uri. Capacitatea sa de lucru este mic, dar acest lucru este primul dispozitiv semiconductor, capabil să funcționeze eficient la astfel de frecvențe înalte. Dioda tunel a fost fabricat în 1958 godu Leo Isaki, care a primit 1973 Premiul Nobel in fizica pentru observarea experimentală a tunelurilor de electroni în aceste diode.
tunel Dioda - o diodă semiconductor bazat pe p + - n + puternic dopate cu zonele de tranziție la porțiunea înainte a curentului - caracteristicile tensiunii care nablyudaetsyaN formă de dependență a curentului la tensiune. Figura 2.10 prezintă o structură diode tunel (b) prezintă caracteristica curent-tensiune a unei diode tipic tunel cu o polarizare directă (a).
Fig. 2.10. Tunelarea Diode: a) curent - caracteristica tensiune atunci când o prejudecată înainte; b) o structură de diode tunel; c) simbolul
Analizeaza caracteristicile actuale - caracteristica de tensiune a diodei tunel. Pentru aceasta considerăm p + - n + joncțiune formate două semiconductori degenerate.
Dacă concentrația donatorilor și acceptori în emițător și baza dioda este aproape de 10 20 cm -3. concentrația purtătorilor majoritari este mult mai mare decât densitatea efectivă a statelor în benzile permise. În acest caz, nivelul Fermi va fi permisă în zonele p + - și n + semiconductor de tip.
În semiconductor n + - tip, toate statele din banda de conducție până la nivelul Fermi sunt ocupate de electroni, la fel ca în semiconductor p + - tip - găuri. Band diagrama p + - n + joncțiune format de cele două semiconductori degenerate, este prezentată în figura 2.11.
Figura 2.11. Band diagrama p + - n + tranziție în echilibru
Efectul de tunel în pasaje înguste la câmp electric ridicat poate afecta în mod semnificativ cursul curentului - caracteristici ampere clorhidric p-n joncțiune.
Luați în considerare mai în detaliu intersecții de tuneluri în degenerate p + - n + joncțiunilor la diferite tensiuni. Figura 2.12 arată diagrama banda de diode tunel de polarizare inversă.
În tensiune inversă, curentul dioda cauzate de un tunel de tranziție a electronilor din banda de valență la spațiul liber în banda de conducție. Creșterile de tunelare curent brusc odată cu creșterea de tensiune inversă, deoarece concentrația de electroni și găuri sunt mari. Acest comportament a curent - caracteristicile de tensiune ale dioda tunel distins brusc de la dioda normală redresor.
Atunci când tensiunea de curent în dioda cauzate de tunelare de electroni din banda de conducție tranziție pentru a elibera spațiu în banda de valență. Deoarece tunelare loc fără împrăștiere, adică păstrarea diagrama banda de energie a particulelor de tunel pentru aceste procese vor fi reflectate linii orizontale drepte. Figura 2.12 arată diagrama banda de diode tunel cu o polarizare directă, corespunzătoare celor trei puncte pe o secțiune dreaptă a curentului - caracteristica tensiune.
Figura 2.11. Actuala - caracteristica tensiune a unei diode tunel (a) și diagrama sa bandă de o polarizare inversă (b)
Fig. 2.12. Diagrama Band pentru tunel dioda transmite prejudecată: a) porțiune 1; b) porțiunea 2; c) partea 3
La stația 1, cu o mică tensiune înainte de electroni benzii de conducție opuse încep să apară posturi vacante în banda de valență la aceeași energie. Ca o creștere de stres crește numărul de locuri vacante, iar curentul crește odată cu creșterea tensiunii. Curentul de tunel atinge un maxim atunci când toate posturile vacante din energia banda de valență sunt opuse nivelurile de energie ocupate de electroni în banda de conducție (porțiunea 2). Apoi, ca tensiunea înainte de creștere, numărul de locuri vacante începe să scadă pe măsură ce nivelul de contrast de energie ocupate de electroni în banda de conducție sunt state din decalajul banda (nivelurile de energie în semiconductori ideale bandgap absente). La stația 3, curentul tunel scade odată cu creșterea tensiunii, și devine zero atunci când banda de decalaj de tip p + semiconductor este situat vizavi de nivelurile de energie ocupate de electroni în banda de conducție.
Odată cu creșterea în continuare a transmite tensiunea apare componenta curentului de difuzie normală p-n joncțiune. Terenul din Figura 3 2.12 - o porțiune cu rezistență diferențială negativă.
Spre deosebire de alte dispozitive cu microunde diode tunelare au conductivitate otritsatelnuyuaktivnuyu gama vshirokom chastotvplot DOF = 0.
Fig. 2.13. diode echivalent circuitului zamescheniyatunnelnogo (a). O diagramă topologică a forței Spune-microstrip executate pe baza TD (b). Structuri de forță Nye de-Tell diagrama (c)
La fabricarea măsurilor luarea AT-PRINI pentru snizheniyaLnoc la mai puțin de 0,1 nH prin reducerea înălțimii corpului manson ceramic și utilizarea structurilor cu grinzi pin. Capacitanță structura diode pentru a crește la chastotyfkr trebuie să fie mici (0,2-2,5 pF) .Usilitel diode tunel este eforturile de regenerare Lema. Se amplifică semnalul se realizează prin introducerea în elementul cu un circuit de rezistență negativă, în acest caz AP. Dioda tunel compensează atât proprii pierderile de energie de oscilație în circuit, și pierderea acestuia ca urmare a transmiterii sarcinii activată la ieșirea amplificatorului de tip reflecție. Sale includ circuitul prin circulatorul (dispozitiv multipolar pentru transmiterea direcțională a undelor electromagnetice). Câștigul pe scenă este mică și este, de obicei, numai 10-15 frecvențe dB.Polosa depinde de câștig, capacitate și negativ-negativ rezistența diodei în conformitate cu relația generală pentru amplificatoare de regenerare.
Pentru a preveni auto-excitație funcționează amplificatoarele de lățime de bandă utilizate în TD stabilizator circuitul 2 (figura 2.13, b, c). La intrarea amplificatorului este conectat un potrivire Aranjați-TION 1 ca circuitul posledovatelnogoL1C1 de ajustare și de inducție-tivnostiLn. Circuitul de stabilizare 2 este format rezistență poterRCT și parallelnymL2 -konturom C2, frecvența de rezonanță Koto-cerned cu aceeași frecvență medie a amplificatorului. In apropierea impedanței de rezonanță L2 C2 este mare și un contur al efectului stabilizator al funcționării circuitului amplificator semnificativ. Este de lucru bandă de frecvență rezistența buclei este mică și stabilizare șuntează de circuit diod.Dlya excepția oscilatie de relaxare în circuitul de alimentare dioda, rezistența internă a DC offset trebuie să fie mici.
În diagrama prezentată în figura 2.13, o diodă inclus la capătul MUX și L2 inductanță de stabilizare a circuitului de potrivire segmente de linie tsepiobrazovany iLH cu o rezistență mare val. Există, de asemenea, un stabilizator C2 circuit de capacitate și SBL capacitate de blocare.
Wideband amplificatoare pentru diode tunelare au un nivel redus de zgomot, deoarece în TD, care funcționează la curent scăzut (1,5 mA), zgomotul împușcat este mic. În diode cu germaniu de zgomot factor coeficient este în intervalul de 4-7 cm dB. Durere raporturi Chiyah zgomot corespund frecvențe de peste 10 GGts.Koeffitsienty zgomot arseniură de galiu și diode de siliciu este mai mare decât cea de diode cu germaniu.
Dezavantajele AP amplificatoare sunt de putere mică nasy-scheniya, precum instabilitatea diode tunel de suprasarcină după-Corolarului diametru de tranziție mică. Trebuie remarcat faptul că, în prezent, în legătură cu producerea de tranzistori și diode de zgomot redus-Sauveur, numărul de dispozitive de amestecare de îmbunătățire, care utilizează amplificatoare tunel dioda scăzut.