Site Loader

Содержание

Усилитель на туннельном диоде | Основы электроакустики

 В современной аппаратуре связи УТД нашли широкое применение благодаря простоте, высокой надежности, малым габаритам и массе, а также небольшому потреблению мощности питания. Туннельные диоды изготавливают из полупроводников с большим содержанием примесей. Благодаря высокой концентрации примесей запирающий слой на переходе утончается до 10-6 см . При подаче на такой тонкий p-n-переход даже малого постоянного напряжения напряженность электрического поля в переходе достигает значительных величин (до 105 В/см). Большая напряженность поля и малая толщина перехода создают условия для преодоления электронами энергетического барьера. При этом электрон как бы исчезает с одной стороны потенциального барьера и почти мгновенно появляется по другую сторону от него. Описанное явление называется туннельным эффектом. Усиление СВЧ колебаний с помощью УТД основано на использовании падающего участка с отрицательным сопротивлением его вольт-амперной характеристики

Обычно туннельные диоды питаются от делителя напряжения, что приводит к неэкономному расходованию мощности питания.

Действительно, для германиевых диодов напряжение смещения в режиме генерации равно 0,1-0,15 в, а минимальное напряжение подавляющего большинства химических источников тока составляет 1,2-2 В, поэтому и необходимо применять в цепи питания делители напряжения. При этом примерно 80-90% всей потребляемой мощности рассеивается на делителе. Исходя из соображений экономичности, для питания туннельных диодов целесообразно применять источники с возможно более низким напряжением. Выходное сопротивление делителя напряжения выбирают в пределах 5-10 Ом, и только в устройствах, где требуется наибольшая экономичность его повышают до 20-30 Ом. Отрицательное сопротивление туннельного диода должно превышать сопротивление делителя в 5-10 раз. Шунтировать столь малые сопротивления конденсаторами для уменьшения потерь высокочастотной энергии нецелесообразно, так как в ряде случаев это может привести к неустойчивой работе генератора, особенно, если режим его подбирался по максимуму отдаваемой мощности. Отрицательное сопротивление туннельного диода сильно зависит от положения рабочей точки, так что при изменении питающего напряжения на 10% нормальная работа генератора может полностью нарушиться.
Поэтому при питании диодов от химических источников тока — батарей, аккумуляторов, обеспечить их стабильную работу весьма трудно. Наиболее целесообразно питать их от окисно-ртутных элементов, напряжение которых незначительно меняется в процессе работы, а в ряде случаев приходится использовать предварительно стабилизированное напряжение или применять в делителе нелинейные сопротивления в верхнем плече, стабилизирующие ток, а в нижнем — напряжение.

Резонансные усилители на туннельных диодах строить сравнительно несложно. Они могут быть выполнены, например, по схеме автогенератора, в котором коэффициент обратной связи недостаточен для возбуждения колебаний. Таким схемам присущи все недостатки регенеративных усилителей: нестабильность порога регенерации, возможность возбуждения при изменении нагрузки, сужение полосы пропускания при повышении усиления. Однако такие усилители могут работать достаточно устойчиво, если не стремиться получить от них максимальное усиление. На рисунке показана схема входной части приемника прямого усиления с ферритовой антенной.

Известно, что для согласования сопротивления контура антенны с входным сопротивлением транзистора, коэффициент трансформации трансформатора, образованного обмотками катушек L1 и L2 делается много меньше единицы  Верхняя обкладка конденсатора C1 должна быть заземлена. Это приводит к тому, что напряжение сигнала на базе транзистора оказывается в 15- 20 раз меньше, чем напряжение на контуре L1C1. В схеме, показанной рис. 6 коэффициент связи выбран значительно больше обычного и отвод к базе транзистора Т1 сделан от 1/5 общего числа витков катушки L1. В этом случае контур L1C1 оказывается сильно шунтированным, полоса его расширяется и чувствительность приемника падает. Однако при подключении туннельного диода к дополнительной обмотке L3 контур частично «разгружается», его затухание и полоса пропускания возвращаются к нормальной величине. Таким способом удается получить выигрыш в чувствительности приемника в 4-5 раз. Число витков обмотки L3 выбирается с таким расчетом, чтобы затухание контура компенсировалось не полностью, и усилитель не возбуждался.
Однако, чтобы получить максимальную чувствительность, нужно подойти к порогу возбуждения как можно ближе, поэтому смещение туннельного диода сделано регулируемым. Обмотка катушки L1 содержит 200 витков провода ПЭЛШО 0,15, намотанных в один слой виток к витку на ферритовом стержне длиной 110 мм, диаметром 8,4 мм с отводом от 44 витка. Обмотка катушки L3 содержит 8-10 витков провода ПЭЛШО 0,15, она намотана вблизи заземленного конца катушки L1. Недостатком предложенной схемы является то, что коэффициент перекрытия входной цепи уменьшается, так как из-за увеличенного коэффициента связи сильней будет сказываться входная емкость транзистора T1. Кроме того, к емкости контура добавится пересчитанная емкость туннельного диода. Поэтому, если требуется достаточно большое перекрытие, целесообразно туннельный диод применять с минимальной емкостью.

  

Схемотехника усилителей: Усилители на диодах

 

Полупроводниковые диоды достаточно редко используются в качестве основных элементов генераторных и усилительных узлов. Являясь в большинстве своем чисто пассивными компонентами, они просто не могут выступать в роли источника тока или напряжения, необходимых для любого генератора или усилителя. Однако существует достаточно немногочисленный ряд случаев, когда при применении полупроводниковых диодов определенных типов (туннельные диоды, диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды, параметрические диоды) возможно построение диодных усилительных и генераторных схем.

Такие полупроводниковые приборы как: туннельные диоды, диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды объединяет одно свойство — наличие на ВАХ прибора при определенных условиях участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. В каждом из названных приборов физические эффекты, обусловливающие появление такого участка различны. В туннельном диоде — это резкий спад туннельного эффекта при росте напряженности электрического поля в полупроводнике выше некоторого критического значения, в диоде Ганна — особенности зонной структуры арсенида-галлия, в лавинно-пролетном диоде — специфика лавинного пробоя при высоких частотах приложенного напряжения.

Следует отметить, что названные случаи не являются единственными. Примером может служить широко известный и популярный в 30-х гг. кристадин Лосева, также представлявший собой полупроводниковый диод введенный в особый режим пробоя.

На сегодняшний день набольшее распространение получили диодные автогенераторы диапазона СВЧ. В них используются диоды Ганна и лавинно-пролетные диоды. При определенных условиях такие генераторы могут быть преобразованы в усилители и использоваться для резонансного усиления СВЧ сигналов. Однако ввиду повышенного уровня шумов и практической нерациональности усилители на диодах Ганна и лавинно-пролетных диодах применяются крайне редко.

Особый вид усилительных устройств диапазона СВЧ — это т.н. параметрические усилители. Они строятся на основе специальных параметрических диодов. Принцип работы таких усилителей очень близок к тому, как работают описанные выше диодные смесители. На параметрический диод, также как и в смесителях, подается два сигнала. При определенном согласовании этих сигналов и правильном выборе режима работы диода удается на нелинейной проводимости или емкости диода осуществить перераспределение мощности падающих сигналов в пользу одного из них (полезного). Одновременно возможно и преобразование частоты этого сигнала. Параметрические усилители диапазона СВЧ очень сложны в настройке и достаточно нестабильны. Их основное достоинство — уникально низкий уровень шумов. Поэтому они чаще всего используются в радиотелескопах и системах дальней космической связи.

Наибольший интерес и практическую ценность могут представлять туннельные диоды. Генераторные и усилительные устройства на их основе могут быть использованы в радиоприемниках, радиомикрофонах, измерительной аппаратуре и т.п.

Туннельные диоды можно использовать для построения резонансных и апериодических усилителей. Что касается апериодических усилителей, то практически во всех частотных диапазонах такие усилители на туннельных диодах оказываются мало практичными из-за трудности разделения нагрузки и источника сигнала, а также низкой эффективности (транзисторные усилители при сравнимом энергопотреблении обеспечивают большее усиление по сравнению с усилителями на туннельных диодах). Резонансные же усилители на туннельных диодах строить сравнительно просто. Они могут быть выполнены, например, по схеме автогенератора, в котором коэффициент обратной связи недостаточен для возбуждения колебаний. Таким схемам присущи все недостатки регенеративных усилителей: нестабильность порога регенерации, возможность самовозбуждения при изменении нагрузки, сужение полосы пропускания при повышении усиления. Однако эти усилители могут работать достаточно устойчиво, если не стремиться получить от них максимальное усиление. Пример схемы с данным применением туннельного диода приведен на рис. 3.6-50. Схема представляет собой входную часть приемника прямого усиления с ферритовой антенной.

 

Рис. 3.6-50. Резонансный усилитель на туннельном диоде в составе входного узла приемника прямого усиления с ферритовой антенной

 

Известно, что для согласования сопротивления контура антенны с входным сопротивлением транзистора УВЧ, коэффициент трансформации трансформатора, образованного обмотками катушек \(L1\) и \(L2\), делается много меньше единицы. Это приводит к тому, что напряжение сигнала на базе транзистора оказывается в 15…20 раз меньше, чем напряжение на контуре \(L1C1\). В схеме на рис. 3.6-50 коэффициент связи выбран значительно больше обычного и отвод к базе \(VT1\) сделан от 1/5 общего числа витков катушки \(L1\). В этом случае контур \(L1C1\) оказывается сильно шунтированным, полоса его расширяется и чувствительность приемника падает. Однако при подключении туннельного диода к дополнительной обмотке \(L3\) контур частично разгружается, его затухание и полоса пропускания возвращаются к нормальной величине. Таким способом удается получить выигрыш в чувствительности приемника в 4…5 раз. Число витков дополнительной обмотки \(L3\) выбирается с таким расчетом, чтобы затухание контура компенсировалось не полностью и усилитель не возбуждался. Недостатком предложенной схемы является то, что коэффициент перекрытия входной цепи уменьшается, так как из-за увеличенного коэффициента связи сильнее будет сказываться входная емкость транзистора \(VT1\). Кроме того, к емкости контура добавится емкость туннельного диода. Поэтому если требуется достаточно большое перекрытие, целесообразно применять туннельный диод с минимальной емкостью.

Более выгодно применять регенеративные усилители настроенные на фиксированную частоту, например, в усилителе ПЧ супергетеродинного приемника (рис. 3.6-51).

 

Рис. 3.6-51. Регенеративный усилитель на туннельном диоде в составе УПЧ супергетеродинного приемника

 

На один из контуров ПЧ наматывается дополнительная обмотка для подключения туннельного диода. Смещение диода лучше сделать стабилизированным. Это позволяет подойти достаточно близко к порогу регенерации и получить выигрыш в усилении в 8…10 раз. Нужно учитывать, что полоса пропускания УПЧ резко сужается, если включение туннельного диода не было заранее предусмотрено.

 

 

< Предыдущая   Следующая >

Усилитель на туннельном диоде — Энциклопедия по машиностроению XXL

Если Явтуннельном диоде имеет отрицательную выходную проводимость, что можно использовать для исключения части входной проводимости следующего каскада. Для обеспечения устойчивости необходимо потребовать выполнения неравенства ёз—ё сг-Ьё 1>0. Мы увидим, что такая схема может давать некоторые выгоды.  [c.55]
Рис. 4.30 Регенеративный усилитель на туннельном диоде

Дело в том, что для получения высокой чувствительности радиоспектроскопов необходимо применение в них чувствительных малошумящих усилителей (например, параметрических усилителей, усилителей с туннельными диодами), тогда как в серийных спектроскопах применяют усилители на лампах с бегущей волной, имеющие большие габариты, сложную схему питания и, главное, высокий уровень шумов. Кроме того, в ряде конструкций используются громоздкие электромагниты, что увеличивает вес и усложняет схему питания.  [c.458]

Схема прибора состоит из генератора на туннельных диодах, усилителя ВЧ смесителя, КВ генератора, усилителя биений, ограничителя, измерительной головки (рис. 8).  [c. 21]

В зависимости от применяемого усилительного элемента усилители бывают ламповые, транзисторные, на туннельных диодах и т. д. Усилители различают и по типу нагрузки резистивные, трансформаторные, резонансные (нагрузкой является резонансный контур) и т. д.  [c.25]

Благодаря этому он будет осуществлять колебания тока точно на резонансной частоте и используется в высокочастотных усилителях и генераторах. Существование области отрицательного сопротивления не связано с тепловым возбуждением носителей, поэтому туннельный диод успешно функционирует и при гелиевых температурах.  [c.362]

Другими достаточно простыми примерами стохастических автоколебательных систем являются различные типы генераторов с туннельными диодами [190, 314, 607, 682]. Рассмотрим сначала один из них, схема которого представлена на рис. 9.2, [190, 314, 607]. Уравнения такого генератора в предположении, что характеристика усилителя линейна, имеют вид  [c. 264]

Кристаллический генератор можно представить в виде параллельного соединения двух- или четырехполюсников, первый из которых есть пьезоэлектрический резонатор, а второй — активный функциональный блок. Последний обычно содержит туннельный диод, одно- или двухкаскадный транзисторный усилитель (или соответствующую интегральную схему). Характеристика активного функционального блока может не зависеть от частоты в этом случае частота генератора полностью определяется резонатором. Такие схемы называют апериодическими. Схема активного блока может также содержать частотно-зависимые элементы (реактивные сопротивления). Тогда грубая настройка частоты генератора осуществляется подбором реактивных сопротивлений, а тонкая настройка обеспечивается пьезоэлектрическим резонатором. Такие схемы используются для резонаторов, работающих на определенной гармонике.  [c.252]


В зависимости от преобладания физической структуры бесконтактные аппараты можно разделить на три класса полупроводниковые, магнитные и магнитно-полупроводниковые. В каждом из этих классов можно выделить функциональные группы аппаратов реле управления, регуляторы, датчики и т.д. Основными элементами бесконтактных полупроводниковых аппаратов управления являются релейные и импульсные усилители, выполненные на различных полупроводниковых приборах, главным образом на транзисторах и диодах (переключающих, туннельных и других типов).  [c.150]
Рис. 3. Зависимость шумовых параметров МШУ и диодных смесителей от частоты [41 1 — лампа бегущей волны 2 — усилитель на туннельном диоде 3 — усилитель на биполярном транзисторе 4 УПТШ Л — полупроводниковый ПУ 6 — УПТШ, охлаждаемый до 20 К 7 — полупроводниковый ПУ, охлаждаемый до 20 К а — квантовый парамагнитный усилитель, охлаждаемый до 4 К.
Формула Фрииса была выведена в предположении, что выходная проводимость каждого каскада является положительной. Существует, однако, несколько случаев, когда выходная проводимость каскада может быть отрицательной один из наиболее известных примеров — это усилитель на туннельном диоде. В таком случае необходимо более детальное рассмотрение. В настоящее время существуют два подхода к этой задаче.  [c.51]

К классу МШУ относятся также У. э. к. на туннельных диодах (Есаки диодах). По шумовым свойствам такие регенеративные усилители СВЧ сравнимы с транзисторными.  [c.242]

Схемы и конструкции У. э. и. разнообразны и вы полняются на электронных лампах (ла.мповыс усили тсли), транзисторах (полупроводниковые усилители) иараметрич. диодах (параметрические усилители) 1 туннельных диодах.  [c.270]

Обычно на туннельных диодах конструируют либо реаопансные усилители, либо полосовые усилители. В этом случае параллельно диоду подключаются настроенные контуры (линии, резонаторы) соответствующего типа. П. у. на туннельных диодах могут усиливать электрич. колебания до частот 100 гц (X = = мм) с коэфф. усиления 20—40 дб, шумфакто-ром 2—10 дб и выходной мощностью от 10 до 10 вт.  [c.129]

Для нелинейного усилителя, описываемого ур-нием (4), аналогом рис. 4 является А-образная вольт-ампер-ная характеристика, содержащая падающий участок. В ряде устройств полупроводниковой электроники Ганна диод, туннельный диод и Др.) аналогичный А-образный вид вольт-амперной характеристики реа-ЗоО лизуется благодаря положительной О. с., возникающей  [c.386]

Усилитель на т у и и е л ь н о м диоде. Туннельный диод, обладающий падающим участком вольтамперной характеристики, компенсирует потери, вносимые в схему активными сопротивлениями нагрузки Л и генератора входного сигнала Л (рис. 5). Если отрицательное сопротивление (но модулю) диода Л в рабочей точке больше сопротивления потерь системы, т. е. ЛдЛц/ (йр -Ь Лц) [c.128]

Туннельные диоды применяются как активные элементы в СВЧ генераторах и усилителях, а также в качестве быстродействующих переключательных элементов (время переьапочения менее 1 не) в бистабильных устройствах. В зависимости от применения туннельные диоды делятся на усилительные, генераторные и переключательные. У усилительных диодов стремятся обеспечить минимальный коэффициент шума, у генераторных — большое значение тока в точке максимума вольт — амперной характеристики, а у переключательных — широкую область впадины и -UI на рис. 4.27).  [c.92]


Мои эксперименты с туннельным диодом. часть 2. | Крошка Цахес

В первой статье я описал генератор на туннельном диоде и упомянул схему приемника, который планировал собрать. Повторять схему один к одному я не стал, собрал на более современных элементах, но сейчас не об этом.

Сразу скажу, что приемник у меня не заработал. После пары дней бесплодных попыток заставить его заработать, я временно оставил эту затею. Понял, что слабо представляю себе принципы работы схем на туннельных диодах. Точнее, теорию понимаю, а вот практики работы с ними нет совсем. Поэтому решил я начать с более простых схем, для того, чтобы получить практический опыт. В книге, которую я упоминал в первой части («Туннельные диоды в приемно-усилительной аппаратуре» МРБ №628) приводятся практические схемы усилителей на разные частоты.

Для опытов я выбрал резонансный усилитель с параллельным включением диода.

Для упрощения работы решил не лезть на СВЧ, а выбрать частоту на порядок ниже, порядка сотни МГц. Катушка имеет 3,5 витка, диаметр 6 мм, намотана проводом диаметром 1мм.

Для измерения параметров был использован анализатор АЧХ NWT-500.

Чтобы заставить диод работать в качестве усилителя, его рабочая точка выбирается в окрестности точки 1 на графике.

При движении вверх по графику усиление схемы возрастает, вплоть до перехода усилителя в режим генерации. Мне для опытов понадобится участок характеристики, ограниченный на графике красными линиями. Для этого нужно подобрать диапазон изменения напряжения питания в нужных пределах. Расскажу, как сделал это я. В схему был добавлен еще один переменный резистор для точной установки. Установив этот резистор в положение минимального сопротивления, резистором R2 плавно увеличивал напряжение. При некотором напряжении в схеме возникает генерация. Значит, мы достигли точки, в которой диод имеет достаточное усиление, для компенсации потерь в контуре. Продолжая увеличивать напряжение, добиваемся прекращения генерации, т.е смещаясь в нижнюю точку графика. Теперь с помощью резистора точной регулировки R4 можно смещать рабочую точку вниз и вверх по спадающей ветви характеристики, регулируя усиление схемы.

Учитывая, что рабочий режим диода достигается при напряжениях на нем порядка 0.2 — 0.4 вольт, высокий уровень входного сигнала может сильно характеристики усилителя. Поэтому при измерениях необходимо использовать сигналы небольшого уровня, для этого внутренний аттенюатор NWT был установлен на значение -50 дБ.

В своих экспериментах я опробовал различные схемы включения диода и нагрузки.

Вариант 1

Собираем все в кучу, подключаем к прибору и начинаем крутить ручки. Для начала на диод подается напряжение величиной U2(см. график выше) и плавно начинаем его уменьшать, перемещаясь по графику к точке U1. При этом усиление схемы должно увеличиваться. Результат виден на рисунках, приведенных ниже.

Все графики вместе

Все графики вместе

Как видно, при определенных значения тока диода, схема обладает некоторым усилением. С увеличением коэффициента усиления уменьшается полоса пропускания усилителя и возрастает добротность. Максимальное усиление, которое удалось получить от этого варианта схемы около 8 дБ и полосу пропускания 1,645 МГц, но это состояние очень нестабильно и усилитель норовит превратиться в генератор.

Вариант 2

Проверил я и еще один вариант включения, когда диод подключен к отводу катушки, а усиленный сигнал снимается с верхнего по схеме вывода катушки. В этом варианте результаты получились немного хуже, т.к. выход сильно нагружен низкоомным входом прибора.

Максимальное усиление получилось около 6 дБ, полоса по уровню -3дБ при этом составила 5,8 МГц

Измерения с помощью приборов это конечно хорошо, но хотелось бы более наглядных экспериментов. Так как рабочий диапазон частот моего усилителя совпал с вещательным УКВ диапазоном, логично испытать усилитель с приемником на эти частоты. Для наглядности я использовал SDR приемник.

В качестве антенны был использован случайный провод, длиной около 10 см. В приемнике необходимо отключить систему АРУ (AGC), а регулировку усиления производить вручную.

Результаты испытаний ниже.

Усиление минимальноусиление на максимуме

Усиление минимально

На другом участке диапазона

Увеличение уровня сигнала радиостанций хорошо заметно как визуально, так и на слух.

Таким образом, можно сделать вывод, что схема усилителя на туннельном диоде вполне рабочая, хотя имеет кучу недостатков, капризна и неудобна в применении. Усилители на современных транзисторах и микросхемах с легкостью уделывают их по характеристикам и простоте применения. Но и область применения туннельных диодов лежит в совершенно другом диапазоне частот и не совсем бытовой аппаратуре.

Теперь можно собрать в кучу все знания, которые я получил, практический опыт, произвести работу над ошибками и двигаться дальше.

Продолжение следует…

Приемно-передающие устройства радио­технических систем: Учебное пособие, страница 14

Диод с приложенным напряжением накачки при условии мало­го сигнала эквивалентен линейному четырехполюснику с переменными параметрами. Как было уже показано ранее, з фильтре сигнальной частоты происходит частичная компенсация потерь при внесении в него отрицательной проводимости за счет регенерирующего двухполюсника (РД), образованного из ем­кости варикапа, изменяющейся во времени,и фильтра разностной частоты (ФРЧ). Источник сигнала и нагрузка подключаются к усилителю через циркулятор. Поскольку в роли усилительного прибора выступает закрытый полупроводниковый диод, у которого нет дробовых шумов, то коэффициент шума такого усилителя мал.

Один из вариантов принципиальной схемы усилителя показан на  рис. 2.19.

Варикап VД1 с подстроечной емкостью С1 короткозамкнутым отрезком полосковой линии Р1 и отрезком полосковой линии P2образуют колебательную систему, резонирующую на двух часто­тах / Полосковые полуволновые разомкнутые отрезки линии  представляют собой режекторные фильтры, позво­ляющие исключить прохождение сигналов разностной частоты и частоты накачки на  выход усилителя.

Колебания генератора накачки поступают через аттенюатор ч волновод, предельный для частоти что обеспечивает развязку усилителя и генератора.

            Падающая волна сигнала из плеча 1 циркулятора поступает в плечо 2, нагруженное на регенерированный сигнальный контур. Усиленная отраженная волна сигнала из плеча 2 поступает в плечо 3, в которое включена полезная нагрузка. Шумы этой нагрузки отводятся в плечо 4, где рассеиваются на согласованной погло­щающей нагрузке.

Анализ основных технических параметров ППУ проводится о использованием выводов теории линейных регенеративных усилите­лей, рассмотренных в первом  разделе учебника.

Технически реализуемые параметрические усилители на полу­проводниковых диодах работают в диапазонах частот 1…40 ГГц и имеют следующие параметры: коэффициент усиления мощности — 10…16 дБ, коэффициент шума—1,3…2 для неохлажденных тер­мостатированных усилителей и 1,1… 1,3 для усилителей, диодный узел которых охлажден до температуры жидкого азота; полоса пропускания— С1… 10) %   от рабочей частоты.

Увеличение коэффициента усиления при широкой полосе про­пускания может быть обеспечено путем каскадного включение усилителей.

Построение ППУ на основе гибридных микросхем приводит к уменьшению стоимости, габаритов, массы и повышению надеж­ности  работы.

2.2.4. Усилители на туннельных диодах

В усилителях на туннельных диодах (УТД), как и в других регенеративных усилителях, эффект усиления достигается за счет вносимой в фильтр сигнальной частоты отрицательной проводи­мости  при  помощи  регенерирующего двухполюсника.

Отрицательная проводимость в усилителе возникает в самом туннельном диоде при подаче на него постоянного напряжения. Высокая концентрация примесей в полупроводнике туннельного диода резко изменяет свойства его перехода. В частности, у та­кого диода толщина перехода составляет 10-6 см. Это приводит к тому, что при постоянном напряжении U= 0,1В создается на­пряженность поля 105 В/см. При этом создаются условия для преодоления электронами энергетического барьера, существующе­го в месте перехода. Возникающий при этом ток называется тун­нельным  током.

Благодаря туннельному эффекту вольтамперная характеристи­ка диода приобретает вид, показанный на рис. 2.20.

При выборе рабочей точки на падающем участке вольтамперная характеристики туннельный диод будет эквивалентен неко­торой  отрицательной  проводимости

При включении такого диода в колебательный контур получим регенеративный усилитель, обеспечивающий усиление за счет рас­хода  мощности  источника  смещения.

В соответствии с изложенным усилитель на туннельном диоде должен иметь фильтр сигнальной частоты и подключенный к нему регенерирующий двухполюсник (рис. 2.21), включающий туннель­ный диод с источником смещения и стабилизирующий двухполюс­ник.

            Для устойчивого режима работы УТД необходимо выполнить два  условия.

Первое состоит в том, чтобы нагрузочная характеристика по постоянному току (рис. 2.20) пересекла вольтамперную характе­ристику диода в одной точке А, лежащей на падающем участке.

Для  этого  необходимо

где R1—сопротивление цепи  смещения;

Gд— эквивалентная «отрицательная» проводимость туннельно­го диода.

            Второе условие заключается в обеспечении устойчивой работы УТД на частотах, отличающихся от рабочей частоты усилителя. Такая необходимость возникает в связи с тeм, что отрицательная проводимость туннельного диода лежит в широком диапазоне частот. Поэтому паразитный резонанс колебательной системы на высших частотах может привести к возбуждению усилителя. Для предотвращения этого явления ъ состав усилителя вводится ста­билизирующий двухполюсник, шунтирующий фильтр сигнальной частоты  на  высших  резонансных  частотах.

Имеется большое многообразие принципиальных схем усили­телей на туннельных диодах. Одна из принципиальных схема уси­лителя   приведена  на  рис.  2.22.

Фильтр сигнальной частоты образован отрезками полосковых линий замкнутых на конце (индуктивность), и разомкнутых  на конце   (емкость).

Низкоомной нагрузкой по постоянному току является резистор ГЦ (поглощающая шайба), зашунтированная по высокой частоте распределенной  емкостью.

В качестве стабилизирующего двухполюсника использованы отрезки линий, подключающие вне полосы пропускания к колебательному контуру шунтирующий активный резистор К2.

Современные усилители на туннельных диодах работают в диапазонах частот до 30 ГГц и имеют следующие параметры: коэффициент усиления мощности 10..-16 дБ, полоса пропускания — (2…20) % от рабочей частоты, коэффициент шума 2…5.

Основной вклад вносят дробовые шумы, образующиеся за счет протекания тока через р — n-переход. Мощность насыщения состав­ляет около  10-5 Вт.

2.2.5. Сравнительный анализ основных технических параметров современных малошумящих усилителей

            Шумовые и усилительные свойства малошумящих усилителей во многом определяют предельную чувствительность и коэффи­циент шума  приемных устройств.

Туннель, которого нет. Продолжение.

Подумайте только: для работы туннельного диода требуется прямо-таки «комариная» мощность источника питания. Но даже не это главное. Главное — туннельный диод может работать там, где обычная лампа или транзистор не могут. Скажем, на сверхвысоких частотах, даже, пожалуй, на сверхсверхвысоких, измеряемых сотнями тысяч и миллионами мегагерц. (Это уже почти инфракрасные лучи!). Но и на «обычных» частотах ему найдется работа. В радиотехнике на сантиметровых волнах применяют волноводы — металлические круглые или прямоугольные трубы, — и вот если в такую трубу поместить туннельный диод, то он будет работать как усилитель.

От антенны по волноводу идет слабенький сигнал, а прошел мимо туннельного диода — сразу стал сильным. Можно не один, а несколько диодов поставить один за другим, и сигнал будет становиться все мощнее и мощнее. Вообще надо сказать, что на туннельных диодах можно построить почти любую высокочастотную и импульсную схему, которую обычно выполняют на лампах или полупроводниковых триодах. Аппаратура сразу же становится миниатюрнее, проще.

Уже строят вычислительные машины, где в основном работают туннельные диоды. И благодаря их способности работать на очень высоких частотах машины получаются весьма быстродействующими. Совершить несколько миллионов сложений или вычитаний в секунду для подобной машины — пустяк.

А освоение космоса? Вы, знаете, что космические корабли приходится защищать от вредных для здоровья космических лучей высоких энергий, от всякого рода радиации. Радиоактивное излучение вредно не только человеку: электронная аппаратура также весьма чувствительна к нему. Американский спутник «Телстар-1» прекратил работу именно по этой причине. Излучение, которое действовало на спутник, вывело из строя несколько транзисторов. А туннельному диоду радиация не страшна Он не побоится даже атомного реактора! Значит, и аппаратура на туннельных диодах будет обладать этим важным свойством: стойкостью к радиации.

Есть у туннельных диодов еще одна приятная особенность. Они мало шумят. Что это значит? Когда вы настраиваете приемник, комната наполняется треском, скрежетом, одним словом, радиопомехами. Далекая гроза, близко проехавший автомобиль, рентгеновская установка в поликлинике по соседству или телефонная станция — все они рождают помехи. На ультракоротких волнах помех почти совсем нет. Но попробуйте там, не настроившись на станцию, повернуть ручку регулятора громкости вашего приемника на самое большое усиление. Вы услышите шипение, жужжание. Откуда оно взялось? Виноваты радиолампы приемника. Это они шумят. Учтите, что инженеры специально выбрали еще малошумящие лампы, предназначенные именно для УКВ. А если взять обыкновенные?.. Лучше не надо!

Представляете, какое неудобство — шумы ламп? Вы построили необыкновенно чувствительный радиоприемник, рассчитываете принять исключительно слабые сигналы, а вместо шумов ничего не примете: шумы «забьют» полезную информацию. Вот поэтому стараются в таких приемниках использовать возможно менее шумящие лампы. А наш диод — он шумит в сотни раз меньше, чем самая лучшая радиолампа. Значит, и здесь у него неоспоримое преимущество.

Но, конечно, есть области, где туннельные диоды не могут конкурировать со старыми, проверенными элементами. Попробуйте заставить диод работать в низкочастотном усилителе, хотя бы в усилителе радиопроигрывателя: ничего не получится, не хватит мощности. Здесь нужна радиолампа или мощный полупроводниковый триод. Не заменит диод радиолампу и в радиопередатчике, словом, везде, где требуется отдавать значительную мощность.

Автор: В. Евгеньев.

P. S. О чем еще говорят британские ученые: о том, более детальное изучение туннельных диодов поможет многие технические приспособления, например, держатели для автомобильных планшетов (узнать о которых вы можете на сайте http://beloe-oblako.com.ua/category/derzhateli-planshetov/) и многое другое.

Усилительные устройства — DJVU — СтудИзба

(серия «Конспекты лекций по радиотехническим дисциплинам», аып. 12) Рскомсиловано «у МО по обратоааиию а обкасти радиотехники, элсктроиики, биомслидииской техники и автоматики ь качссгае учебного пособии дан студФпоа Высших учебных Зааслсннй, обучмоии4хся ио нйираФыйи!о подготвки дипломированных снщиалистоь 6542(Н «‘Радиотсхника»‘. 2993 ВВЕДЕНИЕ Усилительные устройства входят в состав любой радиоэлектронной аппаратуры, выполняя как функции усиления циркулирующих в ней сигналов, так и их функциональное нреобразование. Изучение и освоение теории и техники усиления электрических сигналов обязательно для каждого специалиста в области радиотехники н электроники.

Предлагаемое учебное пособие ориентировано на компактное изложение основ теории усиления н усилительной техники. Его задача— выработать у студентов цельное представление о предмете, облегчить подготовку к экзаменам, заложить основу для дальнейшего самостоятельного изучения и освоения деталей и нюансов по мере необходимости, могущей возникнуть в практической работе и при изучении последующих курсов Учебное пособие написано на основании чтения соотвсгствующих курсов в Московском авиационном институте и предназначено для студентов специальностей 2007 — радиотехника, 2012- средства связи с подвижными объектами, 2016 — радиоэлектронные системы, 2017 — средства радиоэлектронной борьбы, 2008 — проектирование и технология радиоэлектронных систем. Резонансные, полосовые, малошумящие усилители, нелинейные усилители больших сигналов изучаются в курсах «Радиоприемные устройства» и «Электротехнические устройства радиоаппаратуры».

Приводимые в пособии графики носят иллюстративный характер и не должны использоваться для количественных расчетов 1. РАЗНОВИДНОСТИ И КЛАССИФИКАЦИЯ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ Усилитель — это устройство„увеличивакицее мощность сигнала за счет преобразования мощности источника питания в мощность на частоте сигнала. Функцию преобразователя выполняет активный прибор, управляемый входным сигналом.

Таким образом, в усилителе относительно маломощный входной сигнал управляет передачей большей мощности на частоте сигнала от источника питания в нагрузку, причем выходной сигнал является непрерывной функцией входного. С этой точки зрения усилитель является типичным аналоговым устройством, способным выполнять функциональные преобразования сигнала, из которых простейшим является линейное преобразование с коэффициентом пропорциональности в виде коэффициента усиления. Характерный и обязательный признак усилителя — увеличение мощности.

Прн этом мощность может увеличиваться за счет одновременного увеличения напряжения и тока сигнала или только напряжения, или только тока. Увеличение напряжения или тока в пассивных цепях за счет трансформации или резонансных явлений, не сопровождающееся увеличением мощности, не может рассматриваться как усиление. В этих случаях мощность выходного сигнала может быть только меньше мощности входного, т. е. коэффициент передачи мощности подобных устройств всегда меньше единицы. Сам механизм преобразования энергии источника питания в энергию сигнала. зависит от физической природы активного прибора.

В электронных лампах, полевых и биполярных транзисторах управление передачей энергии от источника питания в нагрузку осуществляется за счет более сильного влияния на поток носителей заряда (электроны, дырки) потенциала управляющего электрода (сетки, затвора, базы) чем потенциала того электрода, в цепь которого включена нагрузка. В результате малые изменения потенциала управляющего электрода приводят к значительным изменениям тока через нагрузку и соответствующим изменениям напряжения на ней.

Подобные активные приборы можно представить в виде источника тока или электродвижущей силы ~ЭДС), управляемого входным напряжением или током. При этом входное напряжение определяется как разность потенциалов между входным электродом и электродом, являющимся.общим для входных и выходных зажимов усилителя. Усилители подобного вида можно отнести к уснлизелям с зависимым (управляемым) генератором на трехполюсных активных приборах с подразделением на ламповые и транзисторные на полевых или биполярных транзисторах. Возможно также построение усилителей регенеративного типа на двухполюсных активных приборах с подразделением на параметрические, квантовые и туннельные (усилитель на туннельном диоде). Активные приборы подобного типа обладают способностью под действием слабого сигнала вырабатывать когерентное с сигналом колебание, повторяющее все его амплитудные, частотные и фазовые изменения, что можно рассматривать как компенсацию потерь в колебательной системе, в которую включен данный активный прибор (эффект регенерации).

Это колебание и является усилительным сигналом. В двухполюсных усилителях нет четкого разделения входа и выхода и при их включении следует использовать внешние невзаимные элементы в цепях ввода входного сигнала и вывода выходного (вентили, циркуля- торы).

Параметрические и квантовые усилители требуют источников питания переменного тока с более высокой частотой колебаний, чем частота сигнала (генераторы накачки). Усилители на туннельных диодах имеют источники питания постоянного тока. Параметрические усилители могут выполняться на переменных емкостях (емкостные ПУ) или на переменных ицдуктивностях (индуктивные ПУ нли ферритовые усилители).

Эффект параметрического усиления может быть также реализован в электронно-лучевых ПУ при реактивном характере взаимодействия электромагнитной (ЭМ) волны, создаваемой генератором накачки, и электронного луча, промодулированного сигналом. Кроме этого существует самостоятельный класс усилителей, использующих активные взаимодействия электронного луча с ЭМ волной сигнала, распространяющейся вдоль замедляющей системы. Это усилители на лампах бегущей волны (ЛБВ) и реже усилители на лампах обратной волны (ЛОВ).

На эффекте взаимодействия электронного луча с полем основано также действие клистронных двухрезонаторных усилителей. Характерной областью применения двухполюсных усилителей и усилителей на ЛБВ являются малошумящие усилители высокой частоты (УВЧ) радиоприемных устройств сверхвысоких частот. В силу своих специфических особенностей двухполюсные и все разновидности электронно-лучевых усилителей рассматриваются отдельно от трехполюсных усилителей, которые считаются «‘обычными’*. Все дальнейшее рассмотрение ведется применительно именно к усилителям на трехполюсных активных приборах, причем, как правило, в рамках единой теории для электронных ламп, полевых и биполярных транзисторов. В зависимости от вида усиливаемого сигнала различают усилители непрерывных и импульсных сигналов. Они отличаются требова- ниями к допустимым искажениям, особенностями в выборе рабочих точек активных приборов, особенностями выбора постоянных времени вспомогательных цепей, при отсутствии существенных схемных различий.

Усилители непрерывных сигналов можно подразделить на усилители низких частот (УНЧ) с верхней граничной частотой полосы пропускания ~„<100 кГц и усилители видеочастот — видеоус и лител и (ВУ), у которых /„ достигает единиц, десятков, а иншда и сотен мегагерц. Усилители импульсов, не имеющих высокочастотного заполнения (видеоимпульсов), обычно относятся к видеоусилителям или точнее к видеоимпульсным усилителям. В некоторых случаях усиливаемые сигналы отличаются очень малой скоростью изменения.

При этом из схемы усилителя приходится исключать элементы, ухудшающие воспроизведение нижних частот, включая нулевую. Подобные усилители являются у с и л и тели м и п о— стоянного тока (УПТ) или усилителями постоянного напряжения (УПН).

Одним из важнейших показателей таких усилителей является дрейф нуля — самопроизвольные изменения выходного напряжения при отсутствии входного сигнала, которые могут быть приняты за сигнал. Снижение дрейфа нуля заставляет при разработке УПТ (УПН) использовать специальные схемотехнические приемы„например использование дифференциальных усилителей (ДУ). Иногда элементы связи усилителя с источником сигнала, нагрузкой или между отдельными каскадами, не пропускающие постоянный ток (разделительные конденсаторы, трансформаторы)„исключают из соображений снижения массогабаритных показателей. В этом случае получают усилители с гальваническими связями, способные усиливать медленно изменяющиеся сигналы, но не обязательно предназначенные для этой цели.

Таким образом, любой УПТ (УПН) — усилитель с гальваническими связями, но не наоборот. Если спектр сигнала сосредоточен в районе некоторой центральной частоты А, то используются избирательные усилители, частотные свойства которых определяются резонансными ЕСЛ-нагрузочными цепями или избирательными РС-цепями, включенными в качестве нагрузок или элементов обратной связи.

Искажения сигнала, вносимые усилителем, определяют точность воспроизведения сигнала. Для малосигнальных усилителей можно считать, что точность воспроизведения в основном определяется частотными и фазовыми искажениями, стабильностью амплитудно- частотных и фазочастотных характеристик (АЧХ, ФЧХ), стабильностью коэффициента усиления.

усиления напряжения «(г ) )),7()7 О. 707 усиления мощности )у) О 2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ Эффективность усиления можно оценить по величине к о э ф ф и ц ие н т а у с и л е н и я . Различают коэффициенты: усиления тока ° (,„, 1 Кр = — ‘»» =Ке К„К( (2.3) ю Отметим, что Р„. и Р„„— активные мощности, выделяемые в нагрузке (У„, У„) и во входном сопротивлении (У„„) или проводимости У„„ В пределах полосы пропускания усилителя всегда существует частота и„, иа которой д)ис) — -0 и )К(ис)~=)К ~ . Амплитудно- встотной К(и) характеристикой )АЧХ) усилителя называют кривую М)и) =, а )К„! ‘ фазочастотной — кривую ~р(в) . Примеры подобных характеристик приведены на рис,2.1. Ю„~Он Ын М~) н Е т С а я х я х М и л я к х М и я С и к х и и ) ) й х ФМ’ ! Ю 1 Л ! ~ ~вых„„ И М вх И сложных сигналов на выходе свых усилителя по сравнению с формой входных сигналов, причем разделить их влияние бывает очень непросто.

Цепь параллельного усилителя на туннельных диодах

Цепь параллельного усилителя на туннельных диодах:

Для работы в качестве усилителя туннельный диод должен быть смещен к центру его области отрицательного сопротивления. На рис. 21-17(а) показана базовая схема параллельного усилителя с туннельными диодами.

Нагрузочный резистор R L подключен параллельно диоду D 1 и питается током от источника напряжения E B и источника сигнала e s .На рис. 21-17(b) используются кусочно-линейные характеристики туннельного диода, чтобы показать условия постоянного тока диода, когда напряжение сигнала равно нулю (e s = 0) и когда e s = ±100 мВ.

Уравнение усиления по току для схемы параллельного усилителя с туннельными диодами можно показать следующим образом:

Обратите внимание, что R D уже взято как отрицательное в уравнении. 21-2, так что при расчете A i следует использовать только абсолютное значение.Для R D = 100 Ом и R L = 80 Ом,

Из уравнения. 21-2 видно, что (при R L ≪ R D , A i ≈ 1), (при R L ≫ R D , A i ) и (при когда R L  = R D , A i  = ∞). Коэффициент усиления по току, равный бесконечности, означает, что схема, вероятно, будет колебаться. Для максимально стабильного усиления по току R L следует выбирать чуть меньше, чем R D .

На рис. 21-18 показана схема практического параллельного усилителя на туннельных диодах.Напряжение сигнала e s и нагрузочный резистор R L соединены конденсатором с диодом, а смещение по постоянному току обеспечивается напряжением источника E B и делителем напряжения R 1 и R 2 . Катушка индуктивности L 1 и конденсатор C 1 изолируют источник смещения от сигналов переменного тока.

Можно построить усилитель серии с туннельным диодом . В этом случае устройство включается последовательно с нагрузкой, и вместо усиления тока получается усиление напряжения.Генераторы и схемы переключения также могут быть построены с использованием туннельных диодов.

Серия учебных курсов по электротехнике и электронике ВМФ (NEETS), модуль 11

Модуль 11 — Принципы работы с микроволнами

страниц я, 1-1, 1-11, 1−21, 1−31, 1−41, 1−51, 1−61, 2−1, 2−11, 2−21, 2−31, 2−41, 2−51, 2−61, 3−1, 3−11, АИ-1, Индекс−1, Задание 1, Задание 2

 

 

Рис. 2-38.- Усилитель со скрещенными полями (Амплитрон).

 

Q-44. Почему пи-режим является наиболее часто используемым режимом работы магнетрона? Q-45. Какие два метода используется для соединения энергии в и из магнетронов?

Q-46. Настройка магнетрона путем изменения отношения поверхности к объему соотношение дырочной части дырочно-щелевого резонатора какой тип настройки?

 

Q-47. Емкостная настройка по Каким настроечным механизмом осуществляется вставка кольца в щель резонатора магнетрона?

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ СВЧ УСТРОЙСТВА

Как и электронные лампы, специальные электронные эффекты возникающие на микроволновых частотах сильно ограничивают полезность транзисторов в большинстве схемных приложений.Потребность в малогабаритных СВЧ-устройствах вызвала обширные исследования в этой области. Это исследование произвело твердотельные устройства с все более и более высокими частотными диапазонами. Новые твердотельные микроволновые устройства преимущественно активные двухполюсные диоды, такие как туннельные диоды, варакторы, устройства с переносом электронов и лавинно-пролетные диоды. В этом разделе будет описана основная теория работы и некоторые Применение этих относительно новых твердотельных устройств.

Tunnel Diode Devices

TUNNEL DIODE представляет собой PN переход с очень высоким концентрации примесей как в р-, так и в n-областях. Высокая концентрация примесей приводит к тому, что он проявляет свойства элемента с отрицательным сопротивлением в части его рабочего диапазона, как показано на характеристическая кривая на рис. 2-39. Другими словами, сопротивление протеканию тока через туннельный диод увеличивается по мере увеличения приложенного напряжения в части его рабочей области.Вне В области отрицательного сопротивления туннельный диод работает практически так же, как и обычный диод. Тем не менее, очень высокая плотность примесей приводит к тому, что область обеднения перехода настолько узка, что и дырки, и электроны могут передаваться через PN-переход на квант

 

2-41

механическое действие под названием TUNNELING. Туннелирование вызывает действие отрицательного сопротивления и происходит очень быстро. что никаких эффектов времени прохождения не возникает даже на микроволновых частотах.Отсутствие эффекта времени прохождения позволяет использование туннельных диодов в самых разных микроволновых схемах, таких как усилители, генераторы и переключатели устройства. Подробная теория работы туннельного диода и свойство отрицательного сопротивления, проявляемое Туннельный диод обсуждался в NEETS, Модуль 7, Введение в твердотельные устройства и источники питания, Глава 3.

Рис. 2-39. — Характеристика туннельного диода.

 

Генераторы TUNNEL-DIODE . — туннельный диод, смещенный в центральной точке минус- диапазона сопротивления (точка B на рис. 2-39) и соединенный с настроенной схемой или резонатором, дает очень стабильный осциллятор. Частота колебаний такая же, как частота настроенного контура или резонатора.

Микроволновая печь Генераторы на туннельных диодах полезны в приложениях, требующих микроватт или, самое большее, нескольких милливатт. мощности, таких как гетеродины для микроволновых супергетеродинных приемников.Генераторы на туннельных диодах могут быть механически или электронным образом настраиваются в диапазоне частот около одной октавы и имеют верхний частотный предел около 10 гигагерц.

Генераторы на туннельных диодах, предназначенные для работы в микроволновом диапазоне частоты обычно используют некоторую форму линии передачи в качестве настроенной схемы. Подходящие настроенные схемы могут быть построены из коаксиальных линий, линий передачи и волноводов.

Пример высокостабильного генератора на туннельном диоде показан на рис. 2-40.туннельный диод свободно в сочетании с высокодобротным перестраиваемым резонатором. Слабая связь достигается за счет использования короткого антенного облучателя, помещенного вне центра в полости. Слабая связь используется для повышения стабильности колебаний и выходного сигнала. мощность в более широкой полосе пропускания.

2-42

 

Рис. 2-40. — Туннельно-диодный генератор.

 

Производимая выходная мощность составляет несколько сотен микроватт, что достаточно для многих микроволновых Приложения.Частота, на которой работает осциллятор, определяется физическим расположением винт тюнера в полости. Изменение выходной частоты этим методом называется МЕХАНИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКОЙ. Кроме того Для механической настройки генераторы на туннельных диодах можно настроить электронным способом. Один метод называется BIAS TUNING и включает в себя не что иное, как изменение напряжения смещения для изменения точки смещения на характеристической кривой туннельный диод. Другой метод называется НАСТРОЙКА ВАРАКТОРА и требует добавления варактора к базовому. схема.Варакторы обсуждались в NEETS, Модуль 7, Введение в твердотельные устройства и источники питания, Глава 3. Настройка достигается путем изменения напряжения, приложенного к варактору, который изменяет емкость настроенный контур.

ТУННЕЛЬНЫЕ ДИОДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ . — Малошумящие усилители на туннельных диодах представляют собой важную применение туннельных диодов. Встроены туннельно-диодные усилители с частотой до 85 гигагерц. волноводы, коаксиальные линии и линии передачи.Малошумящая генерация, коэффициент усиления до 30 дБ, высокая надежность и малый вес делают эти усилители идеальными для использования в качестве первого каскада усиления в связи и радиолокационные приемники.

Большинство микроволновых усилителей на туннельных диодах являются усилителями ОТРАЖАТЕЛЬНОГО ТИПА С ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СВЯЗЬЮ. Как в генераторов, туннельный диод смещен к центральной точке его области отрицательного сопротивления, но ЦИРКУЛЯТОР заменяет настроенный резонатор.

Циркулятор — волноводное устройство, позволяющее энергии перемещаться в одном только в одном направлении, как показано на рис. 2-41. Туннельный диод на рис. 2-41 подключен к настроенному входу. схема. Это устройство обычно создает обратную связь, которая вызывает колебания, если обратной связи разрешено отражаться обратно в настроенную входную цепь. Обратная связь предотвращается, потому что циркулятор уносит все лишнее. энергии на поглощающую нагрузку (RL). В этой конфигурации туннельный диод не может генерировать, но будет усиливать.

2-43

 

Рис. 2-41. — Туннельно-диодный усилитель.

 

Входной сигнал требуемой частоты подается на порт 1 циркулятора через полосовой фильтр. фильтр выполняет двойную функцию в качестве селектора полосы пропускания и устройства согласования импеданса, улучшающего коэффициент усиления усилители. Входная энергия поступает на порт 2 циркулятора и усиливается туннельным диодом. усиленная энергия подается из порта 2 в порт 3 и далее на смеситель. Если какая-либо энергия отражается от порта 3, это передается на порт 4, где он поглощается согласованным сопротивлением нагрузки.

ТУННЕЛЬНЫЙ ДИОД Частота ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ и СМЕСИТЕЛИ . — Туннельные диоды отлично подходят для смесителей и преобразователей частоты, поскольку их вольт-амперные характеристики сильно нелинейны. В то время как другие типы преобразователей частоты обычно имеют потери мощности преобразования, преобразователи с туннельным диодом могут фактически иметь коэффициент усиления мощности преобразования.один туннельный диод также может быть спроектирован как нелинейный элемент в преобразователе и как элемент с отрицательным сопротивлением в преобразователе. локальный генератор одновременно.

Практические преобразователи частоты с туннельным диодом обычно имеют единичное усиление преобразования или небольшие потери преобразования. Коэффициент преобразования может достигать 20 дБ, если туннель диод смещен близко или в область отрицательного сопротивления. Хотя высокий коэффициент усиления полезен в некоторых приложениях, он вызывает проблемы со стабильностью.Например, значительно повышенная чувствительность к изменениям входного импеданса. может привести к нестабильности преобразователей с высоким коэффициентом усиления, если они не защищены изолирующей схемой.

Аналогично туннельных диодных усилителях, малошумящая генерация является одной из наиболее привлекательных характеристик туннельных диодов. преобразователи частоты. Генерация шума с низким уровнем шума является основной задачей при разработке современных чрезвычайно чувствительных связи и радиолокационные приемники. Это одна из причин, по которой схемы с туннельными диодами находят все более широкое распространение. применение в этих областях.

 

Q-48. Назовите процедуру, используемую для уменьшения чрезмерного искрения в магнетроне?

 

Q-49. Что вызывает свойство отрицательного сопротивления туннельных диодов?

Q-50. Что определяет частота генератора на туннельном диоде?

Q-51. Почему туннельный диод слабо связан с резонатором в Генератор на туннельном диоде?

 

Q-52. Каково назначение циркулятора в усилителе с туннельным диодом?

 

2-44

Варакторные устройства

ВАРАКТОР — еще один активный двухконтактный диод. который работает в микроволновом диапазоне.Поскольку основная теория работы варактора была представлена ​​в NEETS, модуль 7, Введение в твердотельные устройства и источники питания, глава 3, только краткий обзор основных принципов. представлен здесь.

Варактор представляет собой полупроводниковый диод со свойствами конденсатора, зависящего от напряжения. Конкретно, это диод с переменной емкостью, PN-переходом, который хорошо использует зависимость напряжения емкость обедненной области диода.

На рис. 2-42А два материала соединяются вместе, образуя Диод с PN-переходом. Различные уровни энергии в двух материалах вызывают диффузию дырок и электронов. через оба материала, что имеет тенденцию уравновешивать их энергетические уровни. Когда этот процесс диффузии прекращается, диод слева с небольшой областью по обе стороны от соединения, называемой зоной обеднения, которая не содержит свободных электронов. или отверстия. Движение электронов через материалы создает электрическое поле в обедненной области, которое описывается как барьерный потенциал и имеет электрические характеристики заряженного конденсатора.

Рис. 2-42А. — диод с PN-переходом в качестве переменного конденсатора.

 

Внешнее смещение, приложенное либо в прямом, либо в обратном направлении, как показано на рис. 2-42B и C, влияет на величину, барьерный потенциал и ширину области истощения. Достаточное прямое или обратное смещение будет преодолевать барьерный потенциал и вызывать протекание тока через диод. Ширина обедненной области может можно контролировать, поддерживая напряжение смещения на уровне, не допускающем протекания тока.Так как область истощения действует в качестве конденсатора диод будет работать как переменный конденсатор, который изменяется в зависимости от приложенного напряжения смещения. емкость типичного варактора может варьироваться от 2 до 50 пикофарад при изменении смещения всего на 2 вольта.

Рисунок 2-42B. — диод с PN-переходом в качестве переменного конденсатора.

 

 

2-45

 

Рисунок 2-42C.- диод с PN-переходом в качестве переменного конденсатора.

 

Свойство переменной емкости варактора позволяет использовать его в схемных приложениях, таких как усилители, которые производят гораздо более низкий уровень внутреннего шума, чем схемы, которые зависят от свойств сопротивления. Поскольку шум в приемниках имеет первостепенное значение, схемы, использующие варакторы, являются важной разработкой в ​​этой области. малошумящего усиления. На сегодняшний день варакторы наиболее широко использовались в качестве основного компонента в параметрические усилители.

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ . — Параметрический усилитель назван в честь изменяющийся во времени параметр или значение емкости, связанное с операцией. Поскольку основной принцип работа основана на реактивном сопротивлении, параметрический усилитель иногда называют усилителем REACTANCE.

обычный усилитель, по сути, представляет собой переменное сопротивление, которое использует энергию от источника постоянного тока для увеличения переменного тока. энергия. Параметрический усилитель использует нелинейное переменное реактивное сопротивление для подачи энергии от источника переменного тока к нагрузке.Поскольку реактивное сопротивление не добавляет в схему теплового шума, параметрические усилители производят намного меньше шума, чем большинство других усилителей. обычные усилители.

Поскольку наиболее важной характеристикой параметрического усилителя является низкий уровень шума характеристики, характер ЭЛЕКТРОННЫХ ШУМОВ и влияние этого типа шума на работу приемника должны сначала обсудить. Электронный шум является основным ограничением чувствительности приемника и это название, данное очень маленькие беспорядочно колеблющиеся напряжения, которые всегда присутствуют в электронных схемах.Предел чувствительности приемник достигается, когда входящий сигнал падает ниже уровня шума, создаваемого приемником схемы. В этот момент входящий сигнал скрыт шумом, и дальнейшее усиление не имеет никакого эффекта. потому что шум усиливается с той же скоростью, что и сигнал. Воздействие шума можно уменьшить, тщательно схемотехника и контроль условий работы, но полностью исключить ее нельзя. Поэтому такие схемы в качестве параметрического усилителя являются важными разработками в области связи и радиолокации.

Базовый Теория параметрического усиления основана на емкости, которая меняется со временем. Рассмотрим простой ряд схема показана на рис. 2-43. Когда ключ замкнут, конденсатор заряжается до значения (Q). Если переключатель изолированный конденсатор имеет напряжение на обкладках, определяемое зарядом Q, деленным на емкость C.

2-46

Рис. 2-43.- Усиление напряжения от переменного конденсатора.

 

Увеличение заряда Q или уменьшение емкости C вызывает увеличение напряжения на тарелки. Таким образом, увеличение напряжения или усиление может быть получено путем механического или электронного изменения количество емкостей в цепи. На практике используется переменная по напряжению емкость, такая как варактор. Энергия, необходимая для изменения емкости, получается от электрического источника, называемого НАСОСОМ.

Рисунок 2-44, вид (A), показывает применение схемы с использованием конденсатора с переменным напряжением и схемы накачки. Насос Схема уменьшает емкость каждый раз, когда входной сигнал (E) на конденсаторе достигает максимума. уменьшение емкости вызывает нарастание напряжения, как показано пунктирной линией на виде (B). Поэтому каждый раз, когда Накачка уменьшает емкость (вид (С)), энергия переходит из цепи накачки во входной сигнал. пошаговое нарастание уровня энергии входного сигнала показано на рисунке (D).

Рис. 2-44. — Передача энергии от сигнала накачки к входному сигналу.

2-47

Правильная фазировка между насосом и входным сигналом имеет решающее значение в этой схеме. Электрический насос действие представляет собой просто синусоидальное напряжение, прикладываемое к варактору, расположенному в резонаторе. Для правильной работы необходимо Емкость должна уменьшаться при максимальном входном напряжении и увеличиваться при минимальном входном напряжении.Другими словами, частота сигнала накачки должна точно в два раза превышать частоту входного сигнала. Этот взаимосвязь можно увидеть, если сравнить представления (B) и (C). параметрический усилитель типа показанного на рисунке 2-44 достаточно фазочувствительный. Входной сигнал и изменение конденсатора часто находятся в неправильной фазе в течение длительного времени. периоды времени.

Параметрический усилитель, нечувствительный к фазе, называемый НЕдегенеративным ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ усилитель использует схему накачки с частотой, более чем в два раза превышающей входной сигнал. высокочастотный сигнал накачки смешивается с входным сигналом и создает дополнительные частоты, которые представляют оба сумма и разность частот входного сигнала и накачки.

Рисунок 2-45A представляет собой схему типичного недегенеративного параметрического усилителя с эквивалентной схемой. показано на рисунке 2-45B. Сигнал накачки (fp) подается на варактор. Полость слева резонирует на входная частота (fs), а резонатор справа находится в резонансе на разностной частоте (fp-fs).Разница Частота называется IDLER- или LowER-SIDEBand частотой. Варактор расположен в точках высокого напряжения двух полостей и смещен в обратном направлении небольшой батареей. Сигнал накачки изменяет смещение выше и ниже фиксированный уровень смещения.

Рис. 2-45А. — Недегенеративный параметрический усилитель. Схема.

2-48

 

Рисунок 2-45B.- Недегенеративный параметрический усилитель. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ.

 

Сигнал накачки заставляет конденсатор на рис. 2-45A изменяться с частотой 12 гигагерц. 3-гигагерцовый входной сигнал поступает через четырехпортовый ферритовый циркулятор, вырабатывается в сигнальном резонаторе и подается через варактор. Нелинейное действие варактора создает разностную частоту 9 гигагерц (fp-fs) с уровень энергии выше исходного входного сигнала.

Разностная (холостая) частота повторно применяется к варактор для увеличения коэффициента усиления и получения выходного сигнала правильной частоты. Бездельник на 9 гигагерц рекомбинирует с сигналом накачки 12 гигагерц и производит разностный сигнал 3 гигагерца, который имеет гораздо большую амплитуду, чем исходный 3-гигагерцовый входной сигнал. Усиленный сигнал поступает на ферритовый циркулятор для перехода на следующую ступень.

Как и в усилителях на туннельных диодах, циркулятор улучшает стабильность за счет предотвращения отражения сигнала обратно в усилитель.Отражения будут усиливаться и вызывать неуправляемые колебания. Ферритовый циркулятор также служит изолятором для предотвращения изменения импеданса от воздействия на усиление.

Обычно коэффициент усиления параметрического усилителя составляет около 20 дБ. усилением можно управлять с помощью регулируемого аттенюатора, который изменяет мощность накачки, подаваемую на варактор.

Параметрические усилители имеют относительно простую конструкцию. Единственным компонентом является варакторный диод, помещенный в расположение резонаторов и волноводов.Наиболее сложной особенностью усилителя является механическая настройка. механизм. Рисунок 2-46 иллюстрирует реальный параметрический усилитель.

2-49

 

Рис. 2-46. — Параметрический усилитель.

 

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ . — Параметрические преобразователи частоты, использующие варикапы, из трех основных типов. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Upper-SIDEBand производит выходную частоту, которая является СУММОЙ входная частота и частота накачки.ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ПОНИЖАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ LowER-SIDEBand производит выходной сигнал частота, которая представляет собой разницу между частотой накачки и входной частотой. DOUBLE-SIDEBand ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ выдает на выходе как СУММУ, так и разность насоса и входного сигнала. частоты доступны. Параметрические преобразователи частоты очень похожи на параметрические усилители как в строительство и эксплуатация. Рисунок 2-47 представляет собой функциональную схему параметрического преобразователя с понижением частоты.

параметрический преобразователь частоты работает так же, как параметрический усилитель, за исключением того, что боковая полоса частоты не применяются повторно к варактору. Таким образом, выход представляет собой одну или обе частоты боковой полосы. и не совпадает с входной частотой. Выходная частота определяется резонатором, используемым в качестве выхода. Например, полость холостого хода на рис. 2-47 можно заменить полостью, резонансной в верхней боковой полосе. частоты (22 гигагерца) для создания параметрического преобразователя с повышением частоты верхней боковой полосы.Так как входной и выходной сигналы на разных частотах параметрический преобразователь частоты не требует ферритового циркулятора. Однако ферритовый изолятор используется для изоляции преобразователя от изменений импеданса источника.

Рис. 2-47. — Параметрический понижающий преобразователь нижней боковой полосы.

2-50

Материя, Энергия, и постоянного тока
Переменный ток и трансформаторы
Защита цепи, управление и измерение
Электрические проводники, электромонтажные работы, и схематическое чтение
Генераторы и двигатели
Электронное излучение, лампы и источники питания
Твердотельные устройства и блоки питания
Усилители
Схемы генерации и формирования волн
Распространение волн, линии передачи и Антенны
Принципы работы с микроволнами
Принципы модуляции
Введение в системы счисления и логические схемы
— Введение в микроэлектронику
Принципы синхронизаторов, сервоприводов и гироскопов
Знакомство с испытательным оборудованием
Принципы радиочастотной связи
Принципы радиолокации
Справочник техника, основной глоссарий
Методы испытаний и практика
Введение в цифровые компьютеры
Магнитная запись
Введение в волоконную оптику
Примечание: Обучение электротехнике и электронике военно-морского флота Содержание серии (NEETS) — U.S. Собственность ВМФ в общественном достоянии.

%PDF-1.5 % 2 0 объект > эндообъект 4 0 объект > поток заявка/pdf

  • 2018-06-25T07:27:07+02:00LaTeX с пакетом hyperref2018-06-25T07:28:07+02:002018-06-25T08:17:08+02:00pdfTeX-1.40.18FalseЭто MiKTeX-pdfTeX 2.9. 6354 (1.40.18)uuid:2b891193-1c81-4498-be27-da6231a815f0uuid:7aa242cb-b494-4741-9371-24cba73ab74c конечный поток эндообъект 62 0 объект > поток HUMo WhK5lcVjVTS6^J=w`&dU’`yo>&&o(O6D*OYd$?g6_BU !_ =e9S&S㌝;}}?0h;NE£! Z txƸ,/xn Х! а &cAOڙ)Td%O`%p}-t7″EBxS9B_m;ӛh/28]?fy>[email protected]*_:d\ʴקϭ_T:i*=|Ӿ7dyIE=a0j7XFt1buLAi~QPO- vڌS͖P8)a>Ve6u +PYU=’gZf|%% #qp-J0jpU5(jq9″m4z*J^om%Xo0T8੤[email protected],nnX;e};:[email protected],%V+ÜC’J_JQR> bZ:[email protected]+fɞ/բ #brI}Ͻ1IJ; OoUoa̢v7NvhQ

    Усилитель на туннельных диодах с гибридной связью — открытые коллекции библиотеки UBC

    Описание

    Описаны анализ и конструкция усилителя на туннельном диоде с гибридной связью, принимая во внимание как схему гибридного перехода, так и схему на туннельном диоде.Дан обзор фундаментальной теории туннельного диода. Гибридный узел имеет форму направленного ответвителя полосковой линии, в котором используется присущая ему противоположная связь между двумя соседними линиями передачи. Дан полный анализ частотной зависимости отклика такого ответвителя. Усилитель реализован с помощью ответвителя и пары согласованных диодов, замыкающих взаимно изолированные порты. Для оптимизации характеристик этого типа усилителя конструкция ответвителя интегрирована с конструкцией диодной схемы.При этом учитывается частотная зависимость гибридного перехода — аспект проблемы, не освещенный в литературе. В качестве примера разработан усилитель, перекрывающий телевизионные каналы УКВ, и представлены результаты экспериментов работающей модели для 50-омной системы. Усилитель использует периодичность направленного ответвителя для обеспечения двух полос пропускания, охватывающих каналы со 2 по 6 (от 54 до 88 МГц) и каналы с 7 по 12 (от 174 до 216 МГц) соответственно. Два туннельных диода GE lN2939A, используемые в усилителе, обеспечивают коэффициент усиления 7.8 дБ ± 0,3 дБ для нижнего диапазона и 8,9 дБ ± 0,45 дБ для верхнего диапазона. Максимальные входные КСВ для нижнего и верхнего диапазонов меньше 2,3 и 3,2 соответственно. Теоретический коэффициент шума при токе смещения 0,7 мА составляет 3,79 дБ. Установлено, что экспериментальные результаты в целом согласуются с теорией. Предложения по улучшению даются в тех случаях, когда возникают несоответствия.

    %PDF-1.4 % 1 0 объект > эндообъект 8 0 объект /Заголовок /Тема /Автор /Режиссер /Ключевые слова /CreationDate (D:20220323160829-00’00’) /ModDate (D:20201112100432+01’00’) >> эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 4 0 объект > эндообъект 5 0 объект > поток приложение/pdf

  • Тиффани МакКерахан
  • Транзакции IEEE на Magnetics
  • 2020-11-02T01:06:06+01:00Microsoft® Word 20132020-11-12T10:04:32+01:002020-11-12T10:04:32+01:00Microsoft® Word 2013uuid:ffd6679f-10cc-45c4- a0d4-6a7569783797uuid:d73313fd-6745-4311-b5b0-c3df3b0b8916 конечный поток эндообъект 6 0 объект > эндообъект 7 0 объект > эндообъект 9 0 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект > эндообъект 12 0 объект > эндообъект 13 0 объект > эндообъект 14 0 объект > эндообъект 15 0 объект > эндообъект 16 0 объект > эндообъект 17 0 объект > эндообъект 18 0 объект > эндообъект 19 0 объект > эндообъект 20 0 объект > эндообъект 21 0 объект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageC /ImageB /ImageI] >> эндообъект 22 0 объект > поток xڝXn+7+GN`J̹LW7;Y?;azk-!8xk\9QԐd|1O/GW >[email protected]*yƩ&J,)逿Q ͣ|¶ Zq»*H$\?lɚb#.v%\

    L&ھ*`»d{=[$ m34Yӈ 綉]:hy[~~?s$ej=%̥I»IMJȸF[\Yж+gM±`\q>5a=+Hs,f%,

    ]%껋h}W.3s8 v0NY|-‘?a]r٥!,CL$gF=bP(@l h;;Mj\Ik2 g̦*[email protected]=EƑ[b\1=Zw>u3%٭Ż H~n\?mPrJR€+Ϸ.>;t>wkq}c]=Ĩzį!» ;#)Vx

    [ЛУЧШЕЕ] Применение и использование туннельного диода с преимуществами


    Туннельный диод широко применяется в электрических и электронных схемах. Туннельный диод имеет много важных преимуществ, поэтому они используются как в электрических, так и в электронных схемах.Туннельные диоды работают по принципу туннельного эффекта. Туннельный диод имеет отрицательное сопротивление из-за квантово-механического эффекта, называемого туннелированием. Туннельные диоды сильно легированы. Туннельные диоды также называются Esaki Diode .

    Туннельный диод имеет отрицательное сопротивление, что означает, что если напряжение на нем увеличивается, ток через него уменьшается.

    Применение и использование туннельного диода


    1. Туннельные диоды в основном используются в низковольтных и высокочастотных устройствах, таких как радиочастотные цепи.

    2. Туннельные диоды используются в схемах преобразователя частоты.


    3. Туннельный диод имеет низкую емкостную характеристику, поэтому он также используется в СВЧ генераторах, релаксационных генераторах и т.д. .

    5. Туннельные диоды используются в схемах одновибраторов.

    6.Туннельные диоды используются в цифровых запоминающих устройствах из-за их трехзначных характеристик.

    7. Туннельные диоды используются в цифровых микшерах и аудио схемах.

    8. Туннельные диоды используются в устройствах с очень высокой скоростью переключения.

    9. Туннельные диоды используются в схемах РЧ-усилителей, схемах генераторов импульсов и т. д.

    10. Туннельные диоды используются в схемах РЧ-детекторов для микроволновых приложений.

    11. Туннельные диоды применяются в схемах твердотельных генераторов, схемах запуска, схемах счетчиков, схемах тюнера, схемах СВЧ-усилителей и т. д.


    Преимущества туннельного диода


    1. Туннельный диод имеет быстродействующие характеристики переключения.

    2. Туннельный диод имеет низкую емкость.

    3. Туннельный диод имеет трехзначную характеристику кривой тока.

    4. Туннельные диоды имеют гораздо больший срок службы, чем другие диоды.

    5. Туннельный диод очень маломощный и малошумный.

    6. Они подходят для высокочастотных применений.

    Читайте также:


    Спасибо за посещение сайта. продолжайте посещать для получения дополнительных обновлений.

    Туннельный диод — схема 2D PCM

    Туннельный диод или Диод Эсаки — это тип полупроводника, который способен работать очень быстро, далеко в микроволновом диапазоне частот, что стало возможным благодаря использованию квантово-механического эффекта, называемого туннелирование.

    Он был изобретен в августе 1957 года Лео Эсаки, Юрико Куросе и Такаси Судзуки, когда они работали в Tokyo Tsushin Kogyo, теперь известной как Sony. [1] [2] [3] [4] В 1973 году Эсаки вместе с Брайаном Джозефсоном получил Нобелевскую премию по физике за открытие эффекта туннелирования электронов, используемого в этих диодах. Роберт Нойс независимо друг от друга придумал идею туннельного диода, работая на Уильяма Шокли, но ему не хотелось ее реализовывать. [5]

    Эти диоды имеют сильнолегированный p–n-переход шириной около 10 нм (100 Å). Сильное легирование приводит к нарушению запрещенной зоны, где состояния электронов зоны проводимости на n-стороне более или менее выровнены с состояниями дырок валентной зоны на p-стороне.

    Туннельные диоды были впервые произведены Sony в 1957 году [6] , а затем General Electric и другими компаниями примерно с 1960 года, и до сих пор производятся в небольших количествах. [7] Туннельные диоды обычно изготавливаются из германия, но также могут быть изготовлены из арсенида галлия и кремниевых материалов.Они используются в преобразователях частоты и детекторах. [8] Имеют отрицательное дифференциальное сопротивление в части своего рабочего диапазона, поэтому применяются также в качестве генераторов, усилителей и в коммутационных схемах с использованием гистерезиса.

    В 1977 году спутниковый приемник Intelsat V использовал входной каскад усилителя на микрополосковом туннельном диоде (TDA) в диапазоне частот от 14 до 15,5 ГГц. Такие усилители считались современными, с лучшими характеристиками на высоких частотах, чем любой входной каскад на основе транзисторов. [9] В 2013 году в спутниках NEE-01 Pegaso и NEE-02 Krysaor использовались модули управления питанием на основе серии туннельных диодов для быстрого переключения между работой от солнечной энергии и работой от батареи, заменяя очень сложную электронику на несколько устройств. [10]

    Твердотельные генераторы с самой высокой частотой при комнатной температуре основаны на резонансно-туннельном диоде (RTD). [11]

    Другим типом туннельных диодов является диод металл-изолятор-металл (MIM), но его нынешнее применение, по-видимому, ограничено исследовательскими средами из-за присущей ему чувствительности. [12] Существует также диод металл-изолятор-изолятор-металл (MIIM), в котором дополнительный изоляционный слой обеспечивает « ступенчатое туннелирование » для точного управления диодом. [13]

    Операция прямого смещения

    При нормальном прямом смещении, когда напряжение начинает увеличиваться, электроны сначала туннелируют через очень узкий барьер p-n-перехода и заполняют электронные состояния в зоне проводимости на n-стороне, которые выравниваются с дырочными состояниями пустой валентной зоны на p-сторона pn-перехода.По мере дальнейшего увеличения напряжения эти состояния становятся все более рассогласованными, и ток падает. Это называется отрицательным сопротивлением , потому что ток уменьшается с увеличением напряжения. По мере дальнейшего увеличения напряжения диод начинает работать как обычный диод, в котором электроны перемещаются за счет проводимости через p-n-переход, а не за счет туннелирования через барьер p-n-перехода. Наиболее важной рабочей областью туннельного диода является область отрицательного сопротивления. Его график отличается от нормального диода с p-n переходом.

    Операция обратного смещения

    При использовании в обратном направлении туннельные диоды называются обратными диодами (или обратными диодами ) и могут действовать как быстрые выпрямители с нулевым напряжением смещения и чрезвычайной линейностью для сигналов мощности (они имеют точную квадратичную характеристику в обратном направлении). направление). При обратном смещении заполненные состояния на p-стороне все больше выравниваются с пустыми состояниями на n-стороне, и теперь электроны туннелируют через барьер pn-перехода в обратном направлении.

    Технические сравнения

    В обычном полупроводниковом диоде проводимость имеет место, когда p-n-переход смещен в прямом направлении, и блокирует протекание тока, когда переход смещен в обратном направлении. Это происходит до точки, известной как «обратное напряжение пробоя», в которой начинается проводимость (часто сопровождаемая разрушением устройства). В туннельном диоде концентрации примесей в p- и n-слоях увеличиваются до такого уровня, что обратное напряжение пробоя становится нулем , и диод проводит в обратном направлении.Однако при прямом смещении возникает эффект, называемый квантово-механическим туннелированием, который приводит к возникновению области в его вольт-амперной характеристике, где увеличение прямого напряжения сопровождается уменьшением прямого тока. Эта область отрицательного сопротивления может использоваться в твердотельной версии динатронного генератора, в котором обычно используется термоэмиссионный клапан тетрод (вакуумная трубка).

    Туннельный диод подавал большие надежды в качестве генератора и высокочастотного порогового (пускового) устройства, поскольку он работал на частотах, намного превышающих возможности тетрод, в микроволновом диапазоне.Применение туннельных диодов включало гетеродины для телевизионных тюнеров УВЧ, схемы запуска в осциллографах, схемы высокоскоростных счетчиков и схемы генераторов импульсов с очень быстрым нарастанием. Туннельный диод также можно использовать в качестве малошумящего СВЧ-усилителя. [14] Однако с момента его открытия более традиционные полупроводниковые устройства превзошли его по производительности, используя обычные методы генератора. Для многих целей устройство с тремя выводами, такое как полевой транзистор, является более гибким, чем устройство только с двумя выводами.Практические туннельные диоды работают при токе несколько миллиампер и несколько десятых долей вольта, что делает их маломощными устройствами. [15] Диод Ганна имеет аналогичную высокочастотную характеристику и может работать с большей мощностью.

    Туннельные диоды также более устойчивы к ионизирующему излучению, чем другие диоды. [ citation required ] Это делает их хорошо подходящими для условий с более высоким уровнем радиации, например, в космосе.

    Долговечность

    Туннельные диоды

    отличаются долговечностью: устройства, выпущенные в 1960-х годах, все еще работают.В статье Nature Эсаки и соавторы заявляют, что полупроводниковые устройства в целом чрезвычайно стабильны, и предполагают, что их срок годности должен быть «бесконечным», если их хранить при комнатной температуре. Далее они сообщают, что небольшое испытание устройств 50-летней давности выявило «отрадное подтверждение долговечности диода». Как замечено на некоторых образцах диодов Esaki, позолоченные железные штырьки действительно могут подвергаться коррозии и замыкать корпус. Это обычно можно диагностировать, и диод внутри нормально еще работает. [16]

    Однако эти компоненты могут быть повреждены в результате перегрева, поэтому при их пайке требуется особая осторожность.

    См. также

    .

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.