En el proceso de construcción de varios circuitos electrónicos, a menudo es necesario generar oscilaciones de varias formas. Esta tarea se puede resolver de diferentes formas. La mayoría de las veces, se utilizan varios generadores para esto, que es un amplificador de retroalimentación positiva. También puede utilizar un elemento con resistencia negativa.
Uno de estos elementos es un diodo túnel, cuya característica corriente-voltaje (VAC) se muestra esquemáticamente en la Figura 1. En el mismo lugar, las líneas de puntos marcan el área con resistencia de CA negativa, es decir, la parte descendente de la característica I - V para la cual dI / dU <0.
Propiedades básicas de un diodo de túnel
El diodo túnel, cuyo esquema se muestra en la Figura 2, fue desarrollado en 1957 por el físico japonés Leo Esaki, que se convirtió en premio Nobel 15 años después.
Se diferencia de otros dispositivos electrónicos de estado sólido en una concentración muy alta de dopantes, como resultado de lo cual comienzan tener una influencia decisiva en sus parámetros en términos de conductividad, es decir el semiconductor original (más a menudo Ge o GsAs) se convierte degenerar. Por esta razón, algunos investigadores incluso seleccionan dichos materiales en un grupo especial de semimetales.
Además, en comparación con los diodos semiconductores clásicos, tiene un espesor varias veces menor de la región de unión pn y aumentó en aproximadamente dos veces el llamado. barrera potencial, que permite la manifestación de tunelización mecánica cuántica efecto.
Las resistencias del componente están determinadas principalmente por la estructura extremadamente simple y el pequeño ancho su área de trabajo, lo que permite reducir el potencial de la acción de control a unidades de milivoltios. Estas características proporcionan una inercia notablemente menor en comparación con los transistores y la capacidad de funcionar normalmente a frecuencias de decenas de GHz.
Junto con esto, el elemento se caracteriza por un bajo consumo de energía y es capaz de funcionar completamente a la tensión mínima de la fuente de alimentación.
El diodo túnel es muy resistente a las radiaciones ionizantes.
Se considera que las principales desventajas son la rápida degradación de los parámetros durante el funcionamiento y la baja resistencia al sobrecalentamiento. Además, el diodo requiere un manejo muy cuidadoso durante la configuración del circuito y la resolución de problemas. puede fallar incluso con una marcación regular con un multímetro.
Principales parámetros y campos de aplicación
La lista de características de pasaporte de un elemento generalmente incluye:
- corriente máxima permitida, corriente pico y corriente valle de la característica I - V;
- tensión de polarización;
- propia capacidad;
- resistencia activa directa.
En los circuitos de microondas semiconductores, un diodo túnel se utiliza en:
- interruptores de alta velocidad;
- circuitos para generar y amplificar oscilaciones del rango de longitud de onda milimétrica.
Como ejemplo, la Figura 3 muestra un diagrama del generador más simple basado en este elemento.
La frecuencia de operación del circuito la establece el circuito LC, y el diodo túnel VD actúa como un elemento clave que compensa las pérdidas de energía en el circuito durante el proceso de generación. La señal de salida se toma de la resistencia Rн.