1.Объяснить принцип действия стабилитронов, построенных на принципе лавинного пробоя и прокомментировать их технические характеристики.

2.Объяснить принцип действия стабилитронов на принципе пробоя Зенера и пояснить отличие их характеристик от таковых у приборов с лавинным пробоем.

3.Объяснить принцип построения схем стабилизаторов напряжения на стабилитронах и прокомментировать их особенности.

4.Объяснить построение схем ослабления пульсаций с использованием стабилитронов.

5.Объяснить влияние температур на характеристики стабилизаторов напряжения, выполненных на стабилитронах.

6.Дать понятие стабистора и прокомментировать особенности их использования.

10. Туннельные диоды, их применение, обращенные диоды

Как известно, туннельные диоды обладают уникальным свойством – оказывать отрицательное сопротивление обтекающему их току. Вольт-амперная характеристика такого прибора представлена на рис. 76.

Каждому значению прямого тока через переход, в пределах I min≤I≤Imax соответствуют три точки пересечения вольт-амперной характеристики – точки 5, 6 и 7. При этом точки 5, 6 и 7 соответствуют одному и

100

тому же значению тока через переход, но трем разным падениям напряжения на диоде. Упомянутые точки не равноценны. Так точки 5 и 7 соответствуют устойчивым состояниям. В самом деле, положительному приращению напряжения в окрестностях этих точек соответствует увеличение тока через прибор, а отрицательным приращениям напряжения – уменьшение тока. Иное наблюдается в окрестностях точки 6. Здесь положительные приращения напряжения вызывают уменьшение тока через прибор и наоборот. Тем самым точка 6 соответствует неустойчивому состоянию, а точки 5 и 7– устойчивому. Это обстоятельство можно использовать при построении переключающих схем – триггерных схем. Одна из них представлена на рис. 77.

Основным элементом схемы является туннельный диод. Его условное обозначение представлено на рис 77а. Рабочая точка диода в схеме смещается цепью, состоящей из источника напряжения U0 и резистора R, рис.

101

77б. Сопротивление резистора R выбрано в соответствии с рис. 77г, то есть линия нагрузки пересекает вольт-амперную характеристику диода в двух устойчивых точках А и Б. При включении ключа К на диоде устанавливается напряжение UA при токе через прибор IA. Схема дополняется цепью управления, состоящей из разделительного конденсатора С и источника управляющего сигнала Uупр. Форма управляющего сигнала представлена на рис. 77в. В момент времени t1 управляющий сигнал переводит схему в другое устойчивое состояние, определяемое точкой Б. В силу чрезвычайно малой протяженности перехода в туннельных диодах, их переход из одного состояния в другое осуществляется очень быстро. Быстродействие прибора определяется наносекундами. В состоянии Uвых=UБ прибор остается до момента времени t2. В этот момент отрицательный управляющий импульс возвращает схему в исходное состояние U=UA. В результате на выходе схемы формируется импульс, представленный на рис. 77д.

Естественно, что выходное напряжение в таких переключающих цепях мало. Оно не превышает десятых долей вольта на напряжение U,

рис. 81..

Туннельные диоды можно использовать не только в переключающих схемах, но и в схемах генераторов синусоидальных колебаний.

Как известно, в параллельном колебательном контуре, рис. 78 а, то есть в контуре, состоящем из идеальной индуктивности – омическое сопротивление её витков равно нулю, и идеального конденсатора – сопротивление его потерь равно нулю.

В нём возбуждаются незатухающие гармонические колебания частоты f = 2π 1LC ; рис. 78б.

В реальных контурах, из-за потерь в катушке (RL) и конденсаторе (RC), рис. 79а, возбуждённые в них колебания неизбежно затухают. Эти потери можно компенсировать, включив последовательно с контуром отрицательное сопротивление (-R) равное или большее по величине эквивалент-

ному сопротивлению контура (Rэквп), рис. 80.

В этом случае колебания в контуре будут расходящимися и, в конце

концов, окажутся ограниченными, рис. 80,б.

103

В качестве отрицательного сопротивления, парирующего потери, можно использовать участок вольт-амперной характеристики туннельного диода, имеющий отрицательный наклон. Для этого туннельный диод смещается внешней цепью в соответствии с рис. 81 и 82.

104

105

При этом Uцхх =Uц	R2		, а Rэквц = R1				R2 . В силу ма-
	R + R	2
1

лости требуемого значения Uцхх и использован резистивный делитель R1- R2, позволяющий даже при большом Uц выставить плавно нужное Uцхх. Внутреннее сопротивления образованного таким образом источника, Rэквц,

	определяется из условия прохождения прямой	1	через середину
		R эквц

линейного участка вольт-амперной характеристики, имеющего отрицательный наклон. Естественно, что величина отрицательного сопротивления диода должна быть больше эквивалентного сопротивления контура. Очевидно, что размах напряжения колебаний в контуре очень невелик.

Оно составляет U , рис. 81. Практически Um ≈ 0.1В. Частота коле-

баний такого контура составляет единицы мегагерц. Для возбуждения синусоидальных колебаний наличие внешнего параллельного контура вовсе необязательно. Его функцию могут выполнять собственные ёмкость и индуктивность туннельного диода. Эквивалентная схема реального туннельного диода представлена на рис. 83. Там же обозначены приблизительные его параметры.

Частота колебаний контура, образованного выводами диода (паразитная индуктивность) и ёмкостью перехода составляет единицы гигагерц.

Таким образом, основными параметрами туннельного диода являются: пиковый ток Iпик, пиковое напряжение Uпик, минимальный ток Iмин, минимальное напряжение Uмин (рис. 84), отрицательное обратное сопротивление -Rтд, его собственная ёмкость Cтд, его собственная индуктив-

ность Lтд и сопротивление

потерь в нём Rптд.

Обращённый диод. Соответствующим подбором концентрации примесей представляется возможным устранить туннельный эффект в режиме прямого смещения туннельного диода, сохранив неизменной обратную ветвь характеристики.

Вольт-амперная характеристика такого диода показана на рис. 85.

107

Очевидно, что такой диод обладает выпрямляющими свойствами. Он проводит в обратном направлении и не проводит в прямом, если выпрямляемое напряжение мало, если оно меньше Uпг. Отсюда и название – обращённый диод. Таким образом, обращённый диод в состоянии выпрямлять очень малые напряжения – десятые доли вольта, – что невозможно в обычных выпрямительных диодах. Условное обозначение обращённого диода представлено на рис. 86.

Будучи разновидностью туннельного диода, данный прибор характеризуется очень малыми значениями собственной индуктивности и ёмко-

108