一文解析隧道二極管組成負(fù)阻振蕩器電路及工作原理

　　什么是隧道二極管

　　隧道二極管，又稱為江崎二極管，它是以隧道效應(yīng)電流為主要電流分量的晶體二極管。隧道二極管是采用砷化鎵（GaAs）和銻化鎵（GaSb）等材料混合制成的半導(dǎo)體二極管，其優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)特性好，速度快、工作頻率高；缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性較差。一般應(yīng)用于某些開關(guān)電路或高頻振蕩等電路中。

　　隧道二極管發(fā)生隧道效應(yīng)三個(gè)條件

　?。?）費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶和滿帶內(nèi)；

　　（2）空間電荷層寬度必須很窄（0.01微米以下）；

　?。?）簡并半導(dǎo)體P型區(qū)和N型區(qū)中的空穴和電子在同一能級(jí)上有交疊的可能性。

　　隧道二極管符號(hào)

　　隧道二極管的電氣符號(hào)如下圖所示：

　　隧道二極管的伏安特性及其參數(shù)

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

　?。?）峰點(diǎn)電壓Up，約幾十毫伏，谷點(diǎn)電壓Uv，約幾百毫伏

　?。?）峰點(diǎn)電流Ipi，約幾毫安，谷點(diǎn)電流Iv約幾百微安

　?。?）峰谷電流比，約為5-6，越大越好

　?。?）谷點(diǎn)電容Cv，幾微法至幾十微法，越小越好，國產(chǎn)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）是常用的隧道二極管脈沖電路，若選取R、E的不同數(shù)值，可作三種具有代表性的直流負(fù)載線：

　　負(fù)載線Ⅰ圖一（a）與伏安特性交于低壓正阻區(qū)a點(diǎn)，它是穩(wěn)定點(diǎn)，用于構(gòu)成單穩(wěn)電路。

　　負(fù)載線Ⅱ與伏安特性相交于負(fù)阻區(qū)的b點(diǎn)，它是不穩(wěn)定點(diǎn)，用于構(gòu)成多諧振蕩電路。

　　負(fù)載線Ⅲ與伏安特性交于C、D、E三點(diǎn)，C、E為穩(wěn)定點(diǎn)，D為不穩(wěn)定點(diǎn)，用于構(gòu)成雙穩(wěn)電路，因此，選取不同的靜態(tài)工作點(diǎn)負(fù)載線，就可獲得不同類型的脈沖電路。

　　隧道二極管多諧振蕩電路

　　隧道二極管諧振蕩器

　　圖（a）為自激多諧振蕩電路。靜態(tài)工作點(diǎn)Q置于負(fù)阻區(qū)（見圖3（b））。當(dāng)接通電源后，電流I從零開始增至峰點(diǎn)電流，Ipo但由于靜態(tài)點(diǎn)不穩(wěn)點(diǎn)，加上電感不允許電流突變，所以電流增至Ip后，周而復(fù)始地進(jìn)行，從而產(chǎn)生了快速的矩形脈沖［見圖3（C）］。其參數(shù)如下：

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

　　脈沖間隔：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）］

　　隧道二極管組成負(fù)阻振蕩器電路及工作原理

　　利用具有負(fù)阻特性的隧道二極管，可以構(gòu)成負(fù)阻振蕩器。隧道二極管的符號(hào)、伏安特性和負(fù)阻區(qū)的等效電路見圖5.3-32。 伏安特性圖中，A點(diǎn)為峰點(diǎn)，UP為峰點(diǎn)電壓約為幾十毫伏，IP為峰點(diǎn)電流約為幾毫安；B點(diǎn)為谷點(diǎn)，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(diǎn)間動(dòng)態(tài)電阻的最小值，CD為結(jié)電容，LS和RS分別為引線電感和等效串聯(lián)電阻，它們的曲線數(shù)值一般是：CD=20PF，LS=1~5UF，RS=2~5歐。

　　當(dāng)忽略引線電感LS和等效電阻RS時(shí)，真交流等效電路見圖5.3-33B。因此振蕩器的起振條件為 隧道二極管負(fù)阻振蕩器的特點(diǎn)是可以產(chǎn)生極高的振蕩頻率（可達(dá)幾千MHZ以上）。其優(yōu)點(diǎn)是噪聲低，對(duì)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(diǎn)是輸出功率和電壓都較低，振蕩不夠瞧穩(wěn)定。

　　隧道二極管負(fù)阻振蕩器實(shí)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是決定振蕩頻率的回路元件， R為負(fù)載電阻（包括回路本身的損耗電阻）。

　　當(dāng)忽略引線電感LS和等效電阻RS時(shí)，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管負(fù)阻振蕩器的特點(diǎn)是可以產(chǎn)生極高的振蕩頻率（可達(dá)幾千MHZ以上）。其優(yōu)點(diǎn)是噪聲低，對(duì)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(diǎn)是輸出功率和電壓都較低，振湯不夠瞧穩(wěn)定。