в = /?бС1п

Длительность стадии восстановления определяется из соотношения

Ек + ко

где t/o-напряжение, до которого заряжается конденсатор за время импульса.

И-Ю. ОСНОВНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА С ТУННЕЛЬНЫМИ ДИОДАМИ

Широкое применение туннельных диодов обусловлено следующими важными особенностями: высокое быстродействие, малая потребляемая мощность, большой интервал рабочих температур, простота схем, большой срок службы, малые габариты и вес и некоторые другие (см. также § 9-4).

Особенности туннельного диода

Вольт-амперная характеристика туннельного диода (рис. П-73, а) имеет несколько участков, причем на участке аЬ туннельный

Вкешний цепь

Рнс. 11-73. Туннельный цвод.

а - вольт-амперная характеристика; б - эквивалентная схема.

диод обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением

< 0.

Большинство осйовных электрических параметров туннельного диода определяется с помощью вольт-амперной характеристики. Отметим характерные точки этой ха-)актеристики:

/1 - максимальный (пиковый) ток

(обозначается также /д); /а-минимальный ток (обозначается

также /в); и, - напряжение, соответствующее максимальному току (иногда Мд); Us - напряжение, соответствующее минимальному току (иногда в);

из -напряжение, соответствующее точке на второй восходящей ветвн, где ток t=/i (иногда обознач. рр)

Параметрами диода являются величины:

hl-f - отношение максимального и минимального токов; Ма - 1

I (-) cdI = ~г-среднее значение мо-

дуля отрицательного дифференциального сопротивления (равное тангенсу угла наклона а прямой аЬ);

Aui = мз-Ml - изменение напряжения при переходе с конца первой восходящей ветви (точка а) на вторую (точка d) при постоянном токе t=/j;

А 2 ~ 2 - изменение напряжения, соответствующее переходу е начала второй восходящей ветви (точка Ь) на первую (точка е) при постоянном токе ih;

А/ = Il-Is - перепад токов.

Эквивалентная схема туннельного диода представлена на рис. П-73, б, где обозначено:

г - нелинейное дифференциальное сопротивление, определяемое из вольт-амперной характеристики; - сопротивление базы диода (обычно составляет доли или единицы ома);

1д - индуктивность выводов (составляет обычно 0,5-20 нгн); См - емкость монтажа и патрона диода (единицы пикофарад); С - емкость р-п перехода.

Пунктиром отделены внешние цепи.

Емкость перехода составляет основную долю емкостей эквивалентной схемы и зависит от напряжений и на переходе:

г Фк-

где Со - значение емкости при нулевом напряжении на переходе; Фк - контактная разность потенциалов (для германия фк1 в).

Это выражение пригодно для расчета емкости туннельного диода в интервале О-иг (ряс. И-73, а). При > 2 формула дает значительное отклонение расчетного значения емкости от фактической. Емкость туннельных диодов, приводимая в справочниках, обычно соответствует напряжению Мв на диоде. В этой точке дифференциальное сопротивление диода велико и не шунтирует вход измерителя емкости. Измерение емкости при напряжении Ыг удобно еще и потому, что измеренная так величина емкости является как бы средней в диапазоне напряжений М)-Мз. При расчете схем с туннельным диодом, работающим в режиме большого сигнала, емкость С обычно принима-

ется постоянной и соответствующей напряжению 2-

(при данном значении напряжения), определяемых по характеристикам диода и сопро-

Таблица И-3 Параметры туннельных диодов

г, 1,0 0,9 0.S

Рнс. 11-74. Ус]

мости

;редН1

[енные завнси-(2ff С).

Параметры некоторых туннельных диодов приведены в табл. И-3.

По сравнению с другими полупроводниковыми приборами туннельные диоды обладают повышенной термостабильностью. Однако при изменении температурного режима происходят некоторые изменения параметров туннельных диодов (ТД). На характер зависимости тока /] влияет тип материала, на основе которого сделан туннельный диод (см. рис. и-74).

Ток минимума h с ростом температуры увеличивается, а отношение h/Iz обычно уменьщается. Величины напряжений i и Мг от температуры практически не зависят, а 3 с повышением температуры уменьшается. Однако из-за неравномерного распределения примесей в кристалле температурные коэффициенты нестабильностей могут различаться даже у туннельных диодов одной партии. В справочниках приводятся усредненные температурные характеристики.

Параметры вольт-амперной характеристики ТД зависят также от механического давления, приложенного к кристаллу. (В принципе туннельный диод может быть использован как тензодатчик.)

Способы включения туннельных диодов

Для изменения вольт-амперной характеристики туннельные диоды включаются совместно с другими элементами.

В схеме с последовательным резистором (рис. И-75, а) зависимость между током 1=1д и напряжением и (пунктирная кривая) находится путем сложения величин напряжений (при данном значении токов), определяемых по характеристикам диода и сопротивлениям резистора. Для получения этой зависимости достаточно для каждого заданного значения t сложить абсциссы д и iRi (поскольку u=Uji+tRi). Таким путем удается подобрать необходимую величину напряжения щ, соответствующего пику тока /ь

В схеме с параллельным резистором (рис. И-75, б) зависимость между общим током i и напряжением на диоде д= находится путем сложения величин токов

J - германиевый р-типа; 2 - ар-сенид-галлиевый; 3 - германиевый п-типа.

тивлением резистора. Для получения этой зависимости достаточно для каждого заданного значения и сложить ординаты 1д и U/R2, поскольку

= = + = +-

Таким путем можно изменить не только величину отрицательного дифференциального сопротивления, но и уменьшить отношение

В реальных схемах сопротивление Ri является суммой внутреннего сопротивления реального генератора и некоторого до-

/ TA,Rz

Рис. 11-75. Вольт-амперная характеристика туннельного диода с включением различных элементов.

а - последовательно с ТД включен резистор Rt (результирующая вольт-амперная характеристика показана пунктиром); б - параллельно с ТД включен резистор R2 (результирующая вольт-амперная характеристика показана пунктиром).

бавочного сопротивления, а проводимость 1 ?2 - суммой внутренней проводимости реального генератора и некоторой добавочной проводимости.

Два или несколько туннельных диодов могут включаться последовательно или па-

Рнс. 11-76. Соединение туннельных диодов.

а - последовательное включение двух ТД и результирующая вольт-амперная характеристика; б - параллельное согласованное включение двух туннельных диодов и результирующая вольт-амперная характеристика; в - последовательное встречное включение двух туннельных диодов и результирующая характеристика; г - последовательное вклютгение туннельного диода с обычным диодом и результирующая характеристика.

раллельно. При последовательном включении (рис. И-76, а) вольт-амперная характеристика имеет два участка отрицательного сопротивления. Эта характеристика на участке Оа получена (как и в случае схемы с последовательным включением активного сопротивления R,) путем сложения характеристик двух диодов по напряжению на участке Оа. После достижения максимума тока-/] в одном диоде в другом диоде ток нахо-

дится еще на восходящей ветви (так как совершенно одинаковых диодов не существует). При дальнейшем увеличении напряжения рабочая точка одного диода скользит по участку с отрицательным дифференциальным сопротивлением, а у другого - по первой восходящей ветви Оа. Результирующая характеристика в этом случае опять находится путем сложения значений абсцисс ветвей Оа и аЬ, Ьс до напряжения з-При этом ток второго диода достигает значения /) и рабочая точка его переходит также на участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Результирующая вольт-амперная характеристика имеет два участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. При включении последовательно нескольких диодов количество таких участков соответственно увеличивается.

Кроме приведенных схем включения, возможны и другие, основанные на использовании различных комбинаций одного или

Рис. 11-77. Диаграмма, иллюстрирующая различные режимы работы ТД с последовательным сопротивлением.

нескольких туннельных диодов и других элементов. На рис. И-76, б-г показаны некоторые схемы и соответствующие им вольт-амперные характеристики.

Туннельный диод может работать в различных режимах. Вид режима определяется выбором положения рабочей точки, которое зависит от параметров внешней цепи (сопротивления нагрузки Rs и э. д. с. источника питания Е).

Для импульсной техники наибольший интерес представляют режимы генерирования релаксационных колебаний.

Простейшая схема релаксационного генератора может быть выполнена, если во внешнюю цепь последовательно с туннельным диодом и источником питания будет включено активное сопротивление, а нагрузочная характеристика будет иметь такой наклон, что вольт-амперная характеристика пересечется в трех точках А, Б, В (рис. П-77). При этом две точки Л и В характеризуют устойчивое состояние равновесия, а точка Б - неустойчивое. Действительно, если значение равновесного состояния соответствует точке Б, то вызванное любой причиной, например, небольшое увеличение тока приводит к уменьшению напряжения на туннельном диоде (поскольку