一文解析隧道二極體組成負阻振蕩器電路及工作原理

　　什麼是隧道二極體

　　隧道二極體，又稱為江崎二極體，它是以隧道效應電流為主要電流分量的晶體二極體。隧道二極體是採用砷化鎵（GaAs）和銻化鎵（GaSb）等材料混合製成的半導體二極體，其優點是開關特性好，速度快、工作頻率高；缺點是熱穩定性較差。一般應用於某些開關電路或高頻振蕩等電路中。

　　隧道二極體發生隧道效應三個條件

　　（1）費米能級位於導帶和滿帶內；

　　（2）空間電荷層寬度必須很窄（0.01微米以下）；

　　（3）簡併半導體P型區和N型區中的空穴和電子在同一能級上有交疊的可能性。

　　隧道二極體符號

　　隧道二極體的電氣符號如下圖所示：

　　隧道二極體的伏安特性及其參數

　　隧道二極體的伏安特性［見圖一（a）］是一條S型特性曲線。曲線中最大電流點P，稱為峰點；最小電流點V，稱為谷點，隧道二極體的主要參數：

　　（1）峰點電壓Up，約幾十毫伏，谷點電壓Uv，約幾百毫伏

　　（2）峰點電流Ipi，約幾毫安，谷點電流Iv約幾百微安

　　（3）峰谷電流比，約為5-6，越大越好

　　（4）谷點電容Cv，幾微法至幾十微法，越小越好，國產2BS4A：Up=80毫伏，Ip=4毫安，峰谷電流比≥5，Cv=10～15微法，Uv=280毫伏。

　　圖（b）是常用的隧道二極體脈衝電路，若選取R、E的不同數值，可作三種具有代表性的直流負載線：

　　負載線Ⅰ圖一（a）與伏安特性交於低壓正阻區a點，它是穩定點，用於構成單穩電路。

　　負載線Ⅱ與伏安特性相交於負阻區的b點，它是不穩定點，用於構成多諧振蕩電路。

　　負載線Ⅲ與伏安特性交於C、D、E三點，C、E為穩定點，D為不穩定點，用於構成雙穩電路，因此，選取不同的靜態工作點負載線，就可獲得不同類型的脈衝電路。

　　隧道二極體多諧振蕩電路

　　隧道二極體諧振蕩器

　　圖（a）為自激多諧振蕩電路。靜態工作點Q置於負阻區（見圖3（b））。當接通電源後，電流I從零開始增至峰點電流，Ipo但由於靜態點不穩點，加上電感不允許電流突變，所以電流增至Ip後，周而復始地進行，從而產生了快速的矩形脈衝［見圖3（C）］。其參數如下：

　　脈衝寬度：T1≈（L/RΣ）In［（UF-ET+IpRΣ1）/（Uv-ET+IvRΣ1）］

　　脈衝間隔：T2≈（L/RΣ2）In［（ET-IvRΣ2）/ET-IpRΣ2）］

　　式中：RΣ1=R1//R2+（UF-Uv）/（Ip-Iv）

　　RΣ2=R1//R2+（Up/Ip），ET=E［R2/（R1+R2）］

　　隧道二極體組成負阻振蕩器電路及工作原理

　　利用具有負阻特性的隧道二極體，可以構成負阻振蕩器。隧道二極體的符號、伏安特性和負阻區的等效電路見圖5.3-32。 伏安特性圖中，A點為峰點，UP為峰點電壓約為幾十毫伏，IP為峰點電流約為幾毫安；B點為谷點，峰、谷電流比約為5~6。等效電路中，RND為特性曲線上IP、IV兩拐點間動態電阻的最小值，CD為結電容，LS和RS分別為引線電感和等效串聯電阻，它們的曲線數值一般是：CD=20PF，LS=1~5UF，RS=2~5歐。

　　當忽略引線電感LS和等效電阻RS時，真交流等效電路見圖5.3-33B。因此振蕩器的起振條件為 隧道二極體負阻振蕩器的特點是可以產生極高的振蕩頻率（可達幾千MHZ以上）。其優點是噪聲低，對溫度變化、核輻射不敏感，電路簡單，體積小和成本低。其主要缺點是輸出功率和電壓都較低，振蕩不夠瞧穩定。

　　隧道二極體負阻振蕩器實用電路見圖5.3-33A，其中R1、R2為分壓電阻， C1為高頻旁路電容，LC是決定振蕩頻率的迴路元件， R為負載電阻（包括迴路本身的損耗電阻）。

　　當忽略引線電感LS和等效電阻RS時，真交流等效電路見圖5.3-33B。因此振蕩器的起振條件為隧道二極體負阻振蕩器的特點是可以產生極高的振蕩頻率（可達幾千MHZ以上）。其優點是噪聲低，對溫度變化、核輻射不敏感，電路簡單，體積小和成本低。其主要缺點是輸出功率和電壓都較低，振湯不夠瞧穩定。

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