Туннельные диоды

В основе туннельного эффекта лежит непосредственный отрыв электронов от атомов кристаллической решетки под действием сильного электрического поля. Туннельный эффект создается в узких p-n-переходах, где при сравнительно небольших напряжениях имеется высокая напряженность поля. При этом через узкий p-n-переход протекает значительный ток. Этот ток протекает в обоих направлениях, но в прямом направлении ток сначала растет, а достигнув значения I_max при напряжении U₁ (рис. 3.12, а) затем довольно резко убывает до I_min при напряжении U₂. Снижение тока связано с уменьшением числа электронов, способных совершить туннельный переход. При напряжении U₂ число таких электронов становится равным нулю и туннельный эффект исчезает. При дальнейшем увеличении напряжения выше U₂ прохождение прямого тока такое же как у обычного диода и определяется диффузией.

На прямой ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода (ТД) можно выделить три участка. Начальный участок роста тока от 0 до I_max при увеличении напряжения от 0 до U₁ (участок положительного сопротивления), участок спадания тока от I_max до I_min при увеличении напряжения от U₁ до U₂ (участок отрицательного сопротивления) и участок дальнейшего увеличения тока от I_min при увеличении напряжения от U₂ и далее.

Наличие участка отрицательного сопротивления позволяет создавать на основе туннельных диодов генераторы напряжения высокой частоты. Для возникновения колебаний в схеме генератора необходимо, чтобы нагрузочная характеристика проходила через участок отрицательного сопротивления ТД и сопротивление нагрузки было меньше отрицательного сопротивления ТД. Высокая частота генерируемых колебаний обеспечивается тем, что ТД практически безинерционный прибор, а на частоту генерируемых колебаний наибольшее влияние оказывает индуктивность выводов ТД.