Радиоаматор, 4, 2006
Туннельным диодом называют полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект (при приложении к ТД напряжения в прямом направлении) приводит к появлению на вольтамперных характеристиках (ВАХ) участка с отрицательной дифференциальной проводимостью (ОДП) - рис.1. Туннельный эффект заключается в том, что электрон при определенных условиях может, не затрачивая энергии, пройти сквозь потенциальный барьер, как по туннелю.
Напряжение U(Uв Uп)/2 для ТД на основе германия лежит в пределах 60...100 мВ, для ТД из арсенида галлия 280...360 мВ.
Ток через ТД при приложении небольших напряжений растет достаточно резко (рис.1). Это связано с тем, что при туннельном переходе электрон не расходует своей энергии, поэтому может совершать его при температуре, близкой к абсолютному нулю. Именно этим обстоятельством объясняется способность ТД работать в более широком диапазоне температур, чем обычные диоды. В интервале напряжений от Uп до Uв ВАХ ТД имеет спадающий участок, что указывает на наличие ОДП. Этот участок ВАХ является наиболее ценным при практическом использовании ТД. ОДП позволяет скомпенсировать потери, вносимые положительным сопротивлением, и в зависимости от поставленной задачи осуществить схему усилителя, генератора или преобразователя колебаний. В точке перегиба ВАХ, соответствующей напряжению Uв, ОДП минимальна. Величина ОДП колеблется от сотых долей ома до сотен ом.
Мощность, потребляемая ТД в том или ином режиме от источника питания, примерно в десять раз меньше, чем при использовании для той же цели транзистора. Однако полностью реализовать это преимущество не удается, поскольку в реальных конструкциях для питания ТД чаще всего используют стандартные гальванические элементы напряжением 1,5 В, а остаток гасят резисторами.
Читать статью в полном обьеме (pdf)
Рис. 1. Вольтамперная характеристика (ВАХ) участка с отрицательной дифференциальной проводимостью.
Генераторы на туннельных диодах попоследовательной (рис.2), параллельной (рис.3) и последовательно-параллельной (рис.4) схемам.
Рис. 5. Конструкция корпуса и полярность ТД типа АИ101, АИ201, АИ301.
Рис. 6. Схема самого простого ГП со звуковой индикацией.
В схеме, показанной на рис.7, вместо электромагнитного телефона использован звонок пьезокерамический (ЗП) от звуковой открытки.
В схему, показанную на рис.8, введен двухполупериодный выпрямитель с удвоением выходного напряжения (удвоитель) VD1, VD2, C2, C3.
Рис.9. Усилитель на VT1.
Рис.10. Генераторный пробник (ГП) в авторском варианте.
Рис. 11. Включение генератора на ТД между анодами двух стабилитронов.
Рис. 12. Схема двухполюсника, выполненного на германиевых транзисторах с напряжением стабилизации 0,35 В. При использовании кремниевых транзисторов напряжение стабилизации увеличивается до 1...1,2 В.
Рис. 13. Схема низковольтного стабилизатора с регулируемым выходным напряжением.
Рис. 14. Схема термокомпенсированного источника тока на биполярном транзисторе.
