Туннельный диод

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Туннельный диод -- полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором при приложении напряжения в прямом направлении, туннельный эффект проявляется в появлении участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на вольт-амперной характеристике.

На рис. 2-8 вы видите изображение, обычно используемое для обозначения туннельного диода. Как обычный диод, так и стабилитрон являются очень хорошими проводниками, имея прямое смещение, но ни один из них не проводит хорошо ток в состоянии обратного смещения (исключение составляет область пробоя). Но в материале туннельного диода имеются присадки в гораздо большем объеме, нежели в обычном диоде, а его p-n переход очень узкий. Туннельный диод в силу того, что имеет большое количество присадок и очень узкий p-n переход, исключительно хорошо проводит ток в обе стороны.

Рис. 2-8. Схематическое изображение туннельного диода

Потенциал, который необходим для того, чтобы заставить туннельный диод выступать в роли проводника, будь то в режиме прямого или обратного смещения, очень невелик, обычно этот потенциал находится в диапазоне милливольт. Именно поэтому, туннельные диоды известны как приборы с низким сопротивлением. Они очень слабо противодействуют движению тока в цепи.

Самой уникальной особенностью туннельных диодов является их соотношение напряжение-ток, когда они имеют прямое смещение. На рис. 2-9 приведен график типичного туннельного диода.

Рис. 2-9. График напряжение-ток типичного туннельного диода

Когда туннельный диод имеет прямое смещение (от точки А до точки В на графике) при увеличении напряжения, ток также растет до определенной величины. Как только это значение оказывается достигнутым, дальнейшее повышение напряжения при прямом смещении заставляет ток снижаться до минимального значения (от точки В до точки С). В области, которая находится на графике между максимальным и минимальным потоками тока, туннельный диод имеет отрицательное сопротивление. В этой области отрицательного сопротивления ток, идущий через туннельный диод, фактически снижается при повышении напряжения. Происходит прямо противоположное обычному соотношению напряжение ток. Однако, когда напряжение за точкой С повышается, то данный прибор демонстрирует обычное соотношение напряжения и тока.

В обычных условиях туннельные диоды работают в области своего отрицательного сопротивления. В данной области незначительное уменьшение напряжения включает этот прибор, а небольшое повышение - выключает его. В качестве такого своеобразного выключателя туннельный диод может использоваться либо как генератор, либо как высокоскоростной выключатель: специфическая особенность прибора, низкое сопротивление, позволяет почти мгновенно изменять внутреннее сопротивление. Туннельные диоды могут также использоваться в качестве усилителей, где изменения в подаваемом напряжении в сторону повышения, вызывают пропорционально более значительные изменения тока в цепи.

Чаще всего в электронике и электротехнике стабилизируют напряжение. От значения напряжения зависит работа радиоэлектронной аппаратуры. Если оно изменится в меньшую, или даже еще хуже, в большую сторону, то аппаратура в первом случае может неправильно работать, а во втором случае и вовсе колыхнуть ярким пламенем. Поэтому, чтобы не допустить взлетов и падения напряжения, были придуманы различные стабилизаторы напряжения. Как вы поняли из словосочетания - они используются чтобы стабилизировать "играющее" напряжение.

Самым простым стабилизатором напряжения в электронике является радиоэлемент стабилитрон. Иногда его еще называют диодом Зенера. На схемах стабы обозначаются примерно так:

Вывод с "кепочкой" называется также как и у диода - катод, а другой вывод - анод.

Стабилитроны выглядят также, как и диоды. На фото ниже слева популярный вид современного стабилитрона, а справа один из образцов Советского Союза

Если присмотреться поближе к советскому стабилитрону, то можно увидеть это схематическое обозначение на нем самом, указывающее, где у него находится катод, а где анод.

Самый главный параметр стабилитрона - это конечно же, напряжение стабилизации. Что это за параметр?

Давайте возьмем стакан и будем наполнять его водой...

Сколько бы вода не лилась в стакан, излишки воды будут выливаться из стакана. Думаю, это понятно и дошкольнику.

Теперь по аналогии с электроникой. Стакан - это стабилитрон. Уровень воды в полном до краев стакане - это и есть напряжение стабилизации стабилитрона. Представьте рядом со стаканом большой кувшин с водой. Водой из кувшина мы как раз и будем заливать наш стакан водой, но кувшин при этом трогать не смеем. Вариант только один - лить воду из кувшина через трубочку, пробив отверстие в самом кувшине. Если бы кувшин был меньше по высоте, чем стакан, то мы бы не смогли лить воду в стакан. Если объяснить языком электроники - кувшин обладает "напряжением" больше, чем "напряжение" стакана.

Так вот, дорогие читатели, в стакане заложен весь принцип работы стабилитрона. Какую бы струю мы на него не лили (ну конечно в пределах разумного, а то стакан унесет и разорвет), стакан всегда будет полным. Но лить надо сверху. Это значит, напряжение, которое мы подаем на стабилитрон, должно быть выше, чем напряжение стабилизации стабилитрона. туннельный диод сопротивление стабилизатор

Итак, напряжение стабилизации - это напряжение, которое "оседает" на концах стабилитрона, если, конечно, подавать на него напряжение больше, чем напряжение стабилизации. Для того, чтобы узнать напряжение стабилизации советского стабилитрона, нам понадобится справочник. Например, на фото выше советский стабилитрон Д814В. Его напряжение стабилизации в среднем 10 Вольт. Зарубежные стабилитроны маркируются проще. Если приглядеться, то можно увидеть незамысловатую надпись:

Ну что же, настало время опытов. В схемах стабилитрон включается последовательно с резистором:

где Uвх - входное напряжение, Uвых.ст. - выходное стабилизированное напряжение

Если внимательно глянуть на схему, мы получили ни что иное, как Делитель напряжения. Здесь все элементарно и просто: Uвх=Uвых.стаб +Uрезистора

Или словами: входное напряжение равняется сумме напряжений на стабилитроне и на резисторе.

где

Iпр - прямой ток

Uпр - прямое напряжение

Эти два параметра в стабилитроне не используются

Uобр - обратное напряжение

Uст - номинальное напряжение стабилизации

Iст - номинальный ток стабилизации

Номинальный - это значит нормальный параметр, при котором возможна долгосрочная работа радиоэлемента.

Imax - максимальный ток стабилитрона

Imin - минимальный ток стабилитрона

Iст, Imax, Imin - это сила тока, которая течет через стабилитрон при его работе.

Так как стабилитрон работает именно в обратной полярности, в отличие от диода (стабилитрон подключают катодом к плюсу, а диод катодом к минусу), то и рабочая область будет именно та, что отмечена красным прямоугольником.

Как мы видим, при каком-то напряжении Uобр у нас график начинает падать вниз. В это время в стабилитроне происходит такая интересная штука, как пробой. Короче говоря он не может больше наращивать на себе напряжение, и в это время начинается возрастать сила тока в стабилитроне. Самое главное - не переборщить силу тока, больше чем Imax, иначе стабилитрону придет жопа. Самым лучшим рабочим режимом стабилитрончика считается режим, при котором сила тока на стабилитроне находится где-то в середине между максимальным и минимальным его значением. На графике это и будет рабочей точкой рабочего режима стабилитрона (пометил кружком).

Размещено на Allbest.ru