一文解析隧道二极管组成负阻振荡器电路及工作原理

　　什么是隧道二极管

　　隧道二极管，又称为江崎二极管，它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。隧道二极管是采用砷化镓（GaAs）和锑化镓（GaSb）等材料混合制成的半导体二极管，其优点是开关特性好，速度快、工作频率高；缺点是热稳定性较差。一般应用于某些开关电路或高频振荡等电路中。

　　隧道二极管发生隧道效应三个条件

　　（1）费米能级位于导带和满带内；

　　（2）空间电荷层宽度必须很窄（0.01微米以下）；

　　（3）简并半导体P型区和N型区中的空穴和电子在同一能级上有交叠的可能性。

　　隧道二极管符号

　　隧道二极管的电气符号如下图所示：

　　隧道二极管的伏安特性及其参数

　　隧道二极管的伏安特性［见图一（a）］是一条S型特性曲线。曲线中最大电流点P，称为峰点；最小电流点V，称为谷点，隧道二极管的主要参数：

　　（1）峰点电压Up，约几十毫伏，谷点电压Uv，约几百毫伏

　　（2）峰点电流Ipi，约几毫安，谷点电流Iv约几百微安

　　（3）峰谷电流比，约为5-6，越大越好

　　（4）谷点电容Cv，几微法至几十微法，越小越好，国产2BS4A：Up=80毫伏，Ip=4毫安，峰谷电流比≥5，Cv=10～15微法，Uv=280毫伏。

　　图（b）是常用的隧道二极管脉冲电路，若选取R、E的不同数值，可作三种具有代表性的直流负载线：

　　负载线Ⅰ图一（a）与伏安特性交于低压正阻区a点，它是稳定点，用于构成单稳电路。

　　负载线Ⅱ与伏安特性相交于负阻区的b点，它是不稳定点，用于构成多谐振荡电路。

　　负载线Ⅲ与伏安特性交于C、D、E三点，C、E为稳定点，D为不稳定点，用于构成双稳电路，因此，选取不同的静态工作点负载线，就可获得不同类型的脉冲电路。

　　隧道二极管多谐振荡电路

　　隧道二极管谐振荡器

　　图（a）为自激多谐振荡电路。静态工作点Q置于负阻区（见图3（b））。当接通电源后，电流I从零开始增至峰点电流，Ipo但由于静态点不稳点，加上电感不允许电流突变，所以电流增至Ip后，周而复始地进行，从而产生了快速的矩形脉冲［见图3（C）］。其参数如下：

　　脉冲宽度：T1≈（L/RΣ）In［（UF-ET+IpRΣ1）/（Uv-ET+IvRΣ1）］

　　脉冲间隔：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）］

　　隧道二极管组成负阻振荡器电路及工作原理

　　利用具有负阻特性的隧道二极管，可以构成负阻振荡器。隧道二极管的符号、伏安特性和负阻区的等效电路见图5.3-32。 伏安特性图中，A点为峰点，UP为峰点电压约为几十毫伏，IP为峰点电流约为几毫安；B点为谷点，峰、谷电流比约为5~6。等效电路中，RND为特性曲线上IP、IV两拐点间动态电阻的最小值，CD为结电容，LS和RS分别为引线电感和等效串联电阻，它们的曲线数值一般是：CD=20PF，LS=1~5UF，RS=2~5欧。

　　当忽略引线电感LS和等效电阻RS时，真交流等效电路见图5.3-33B。因此振荡器的起振条件为 隧道二极管负阻振荡器的特点是可以产生极高的振荡频率（可达几千MHZ以上）。其优点是噪声低，对温度变化、核辐射不敏感，电路简单，体积小和成本低。其主要缺点是输出功率和电压都较低，振荡不够瞧稳定。

　　隧道二极管负阻振荡器实用电路见图5.3-33A，其中R1、R2为分压电阻， C1为高频旁路电容，LC是决定振荡频率的回路元件， R为负载电阻（包括回路本身的损耗电阻）。

　　当忽略引线电感LS和等效电阻RS时，真交流等效电路见图5.3-33B。因此振荡器的起振条件为隧道二极管负阻振荡器的特点是可以产生极高的振荡频率（可达几千MHZ以上）。其优点是噪声低，对温度变化、核辐射不敏感，电路简单，体积小和成本低。其主要缺点是输出功率和电压都较低，振汤不够瞧稳定。