隧道二極體振盪器

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利用隧道二極體構建的振盪器電路稱為隧道二極體振盪器。如果普通 PN 結的雜質濃度大幅增加，就會形成這種**隧道二極體**。它也稱為**江崎二極體**，以其發明者命名。

隧道二極體

當二極體中的雜質濃度增加時，耗盡區的寬度減小，對載流子施加額外的力以穿過結。當這種濃度進一步增加時，由於耗盡區寬度減小和載流子能量增加，它們會穿透勢壘，而不是越過它。這種穿透可以理解為**隧道效應**，因此得名**隧道二極體**。

下圖顯示了一個實際的隧道二極體的樣子。

隧道二極體的符號如下所示。

有關隧道二極體的更多詳細資訊，請參閱我們的基礎電子學教程。

隧道二極體振盪器

隧道二極體有助於產生高達 10GHz 的超高頻訊號。一個實際的隧道二極體電路可能包括一個開關 S、一個電阻 R 和一個電源 V，透過隧道二極體 D 連線到一個諧振電路。

工作原理

所選電阻的值應使得它將隧道二極體偏置在負阻區域的中間。下圖顯示了實際的隧道二極體振盪器電路。

在這個電路中，電阻 R₁ 為二極體設定適當的偏置，電阻 R₂ 為諧振電路設定適當的電流水平。電阻 R_p、電感 L 和電容 C 的並聯組合形成了一個諧振電路，該電路在選定的頻率下諧振。

當開關 S 關閉時，電路電流立即上升到恆定值，該值由電阻 R 和二極體電阻的值決定。然而，當隧道二極體上的電壓降 V_D 超過峰值電壓 V_p 時，隧道二極體將被驅動到負阻區域。

在這個區域，電流開始下降，直到電壓 V_D 等於谷值電壓 V_v。此時，電壓 V_D 的進一步增加將二極體驅動到正阻區域。結果，電路電流趨於增加。這種電路電流的增加將增加電阻 R 上的電壓降，這將降低電壓 V_D。

V-I 特性曲線

下圖顯示了隧道二極體的 V-I 特性 -

曲線 AB 表示負阻區域，因為電阻隨著電壓增加而減小。很明顯，Q 點設定在曲線 AB 的中間。在電路操作期間，Q 點可以在 A 和 B 點之間移動。點 A 稱為**峰值點**，點 B 稱為**谷值點**。

在操作過程中，到達 B 點後，電路電流的增加將增加電阻 R 上的電壓降，這將降低電壓 V_D。這使二極體回到負阻區域。

電壓 V_D 的下降等於電壓 V_P，這完成了一個工作週期。這些週期的持續產生連續的振盪，從而產生正弦波輸出。

優點

隧道二極體振盪器的優點如下 -

• 它具有高速切換速度。
• 它可以處理高頻。

缺點

隧道二極體振盪器的缺點如下 -

• 它們是低功率器件。
• 隧道二極體價格略貴。

應用

隧道二極體振盪器的應用如下 -

• 它用於弛豫振盪器。
• 它用於微波振盪器。
• 它也用作超高速開關器件。
• 它用作邏輯儲存器件。

在涵蓋了所有主要的正弦波振盪器電路之後，需要注意的是，還有許多類似於迄今為止提到的振盪器。產生正弦波形的振盪器如上所述是正弦波振盪器。

產生非正弦波形（矩形、掃描、三角形等）的振盪器是非正弦波振盪器，我們在我們的脈衝電路教程中詳細討論了這些振盪器。