3. Исследование эффекта усиления

Таблица 5 – Передаточные характеристики активного делителя напряжения

R, Ом\U, В	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
100	0	0,04	0,08	0,12	0,2	0,36	0,48	0,56	0,64	0,72	0,8
130	0	0,04	0,04	0,08	0,12	0,24	0,42	0,52	0,6	0,68	0,76
200	0	0	0,04	0,04	0,08	0,08	0,12	0,16	0,48	0,56	0,64

Коэффициент усиления по напряжению:

R_н = 100 Ом:

R_н = 130 Ом:

R_н = 200 Ом:

Рис.10. Передаточные характеристики при различных значениях Rн

(Отмечены точки для расчёта коэффициента усиления)

4. Изучение эффекта генерации

E_G(нач)=0,2 В; E_G(max)=0,76 В; E_G(min)=0,84 В

Амплитуда осцилляции напряжения: 50мВ/дел*3дел=150мВ

Рис.11. Осциллограммы при E_G(max) и при E_G(нач)

Рис.12. Осциллограмма при E_G(min)

Рис.13. ВАХ туннельного диода

ВЫВОД () В ходе выполнения лабораторной работы была построена вольт-амперная характеристика туннельного диода и получены его характеристики. Полученная ВАХ рис.8 полностью соответствует теории, у неё есть экстремум при пиковом напряжении, затем падение силы тока при напряжении впадины, а затем возникает значительный инжекционный ток.

Используя данную характеристику удалось определить значения напряжения пика, впадины, раствора, так же была получена кратность изменения тока на участке ОДС и значение модуля отрицательного дифференциального сопротивления на середине участка спада (Таблица №2). Далее был рассмотрен эффект дискретно-аналоговой памяти. Он связан с наличием устойчивых напряжений и в нашем случае наблюдается в диапазонах значений Ux от 0 до 0,4В, 0,8 до 1,2В, 1,6 до 2В, 2,4 до 2,8В, 3,2 до 4В, 4,4 до 4,8В, 5,2 до 5,6В, 6 до 6,8В, 7,2 до 7,6В. На рис.9 видно, что зависимость остаточного напряжения от сигнального напряжения растёт ступенчато из этого следует, что эффект дискретно-аналоговой памяти наблюдается в данном случае.

При передаче электрического сигнала через туннельный диод возникает явление туннелирования – электроны могут преодолевать потенциальный барьер между двумя материалами диода, переходя из одного материала в другой. Это приводит к изменению заряда в диоде и, следовательно, к изменению его проводимости. Таким образом, туннельный диод может запоминать информацию в виде различных уровней проводимости, что и создает эффект дискретно-аналоговой памяти. При этом, информация может быть сохранена на длительное время, пока не будет изменена новым сигналом.

Далее были построены передаточные характеристики (рис.10) при различных значениях Rн и найдены коэффициенты усиления напряжения для каждой. Из полученных значений можно сделать вывод, что при увеличении сопротивления нагрузки увеличивается и данный коэффициент.

В последнем пункте были рассмотрены осциллограммы (Рис. 11,12) напряжений при разных значениях E_G, так же соответствующие им значения напряжения были отмечены на ВАХ туннельного диода (Рис. 13)

Современные аналоги: Современный аналог – туннельный диод АИ101Б

Рис.14 туннельный диод класса ЗИ101 и АИ101

Значения при температуре T = +25 ⁰C

Пиковый ток: I = 0.75...1.25мА (1.3 мА в лаб. установке.)

Отношение пикового тока к току впадины, не менее 5мА (13 мА в лаб. установке.)

Напряжение пика, не более 0.16 В (0.18 В в лаб. установке.)

Рис.15 ВАХ туннельного диода АИ101Б и ему подобных конфигураций

Рис.16 Схема включения туннельного диода

Так как туннельный диод представляет собой двухполюсник с отрицательным сопротивлением, устойчивым по напряжению, то при подключении к нему параллельного колебательного контура он может генерировать. При этом отрицательное сопротивление диода будет компенсировать потери, и в контуре могут возникнуть и поддерживаться незатухающие колебания.

Вывод (): в ходе лабораторной работы исследовались свойства туннельного диода, в частности его вольт-амперная характеристика (ВАХ), построенная на рисунке 8. На нем видны ключевые особенности: пик напряжения, спад тока в области впадины и последующий рост инжекционного тока, что согласуется с теоретическими ожиданиями. На основе ВАХ были определены важные параметры: напряжения пика и впадины, раствор, кратность изменения тока на участке отрицательного дифференциального сопротивления (ОДС), а также модуль ОДС в середине спада (Таблица 2).

Особое внимание уделено эффекту дискретно-аналоговой памяти, который проявляется в виде устойчивых напряжений в определенных диапазонах. Как видно из рис. 9, зависимость остаточного напряжения от сигнального имеет ступенчатый характер, что подтверждает наличие данного эффекта.

Физическая природа эффекта связана с туннелированием электронов через потенциальный барьер p-n-перехода. Это приводит к изменению зарядового состояния диода и, как следствие, его проводимости. Таким образом, туннельный диод способен хранить информацию в виде различных уровней проводимости, формируя аналоговую память.

Были исследованы передаточные характеристики (рисунок 10) при разных сопротивлениях нагрузки (Rн). Анализ показал, что коэффициент усиления напряжения возрастает с увеличением Rн.

Наконец, были проанализированы осциллограммы (рис. 11, 12) при различных значениях EG, а соответствующие напряжения отмечены на ВАХ (рис. 13).

Современные аналоги: арсенид-галлиевый туннельный диод АИ201А.

Рисунок 15 - Туннельный диод класса ЗИ201 и АИ201

Значения при температуре T = +25 ⁰C:

Пиковый ток: I = 9...11 мА (1.3 мА в лаб. установке).

Отношение пикового тока к току впадины, не менее: 10 мА (13 мА в лаб. установке).

Напряжение пика, не более: 0.18 В (0.18 В в лаб. установке).

Рисунок 16 - ВАХ туннельного диода АИ201А и ему подобных конфигураций

Рисунок 17 – Пример схемы включения туннельного диода

Такая схема включения используется для проверки работоспособности туннельного диода, о которой можно судить по характеру изменения тока при повышении/понижении напряжения, прилагаемого к детали.

Источником тока в этой схеме выступает гальванический элемент. Для проведений измерений берут миллиамперметр, а также используют переменный резистор.

Для начала этим резистором уменьшают сопротивление резистора. Если деталь работоспособна, то ток, показываемый миллиамперметром, быстро возрастает, а затем, достигнув максимального значения, идет на резкое снижение и достигает минимума. Дальнейшее снижение сопротивления приводит к росту тока до первого максимального значения.