Файл: Воскресенский В.В. Применение туннельных диодов в импульсной технике.pdf

Изменение

вольтамперной характеристики

Т Д при

изменении

температуры

существенно зависит от степени

легирования

полупро­

достигая

максимального зна­

чения при комнатной тем­

пературе

2 0 ± 5 ° С ,

в

диапа­

зоне температур

± 1 0 0 ° С из­

меняется на 5—10%. Темпе­

ратурный

дрейф

напряже ­

ния -Ui мал, с увеличением

температуры

Ui

незначи­

тельно

уменьшается.

Более

существенно,

чем

от тем­

пературы

зависят

'натгряже-

Н'ия U2

и

Uа. С

увеличением

температуры

U2

и

U-з умень­

шаются

на

(0,7 - М) мВ/°С.

Наиболее

температурнозави -

сим ток

U.

С

увеличением

'-100°С

0

+100°с

температуры

ток / 2

увеличи­

Рис.

1.3. Температурная

зависимость

отно­

вается с максимальным тем­

шения

туннельного тока

в максимуме

Л

к

пер ату р н ы м

коэффициентом

его

значению

110

при

20°

С

(l - f - 3)%/°C .

Дифференци ­

альное

сопротивление

ТД т а к ж е

зависит

от

степени

легирования

и

может уменьшаться пли увеличиваться с температурным

коэффи­

циентом

не более

(0,5ч-2) Ю - 3

% / г р а д . для

германиевых

Т Д .

Д л я

Т Д из

арсенида

галлия температурный коэффициент дифференци ­

ального сопротивления значительно меньше.

Емкость Т Д

от температуры

практически

не зависит.

В области

отрицательных температур

основные

параметры

Т Д

почти

не

ухудшаются,

а некоторые

из них д а ж е

улучшаются.

Н а и м е н ее чувствительны

к радиационному

облучению

Т Д из

арсенида галлия . П а р а м е т р ы

германиевых и кремниевых Т Д

замет ­

но ухудшаются лишь при облучении их потоком

быстрых нейтронов

с плотностью 101 7 нейтр/см2 [23].

Но они .имеют один существенный недостаток.

К а к

было

замечено

многими исследователями,

Т Д из арсенида

галлия

при работе в пе­

реключающих устройствах

(т. е. с заходом

рабочей точки

на д и ф ­

фузионную ветвь характеристики ТД)

с течением времени

необра­

тимо изменяют сваи параметры . Это явление

получило

название

старения (деградации) Т Д

из арсенида

галлия .

Скорость

старения

личивается с повышением температуры.

Наиболее сильно подвержены старению Т Д с большими

величи­

нами

токов переключения. Исследования показали, что д л я Т Д с

током

Z i ^ l O мА явлением деградации можно пренебречь,

если ток

того, в настоящее время возможно

изготовление

Т Д с

( / з « 0 , 8

В,

временной

дрейф

параметров

которых

пренебрежимо

мал [3].

1.3. А П П Р О К С И М А Ц И Я

В О Л Ь Т А М П Е Р Н Ы Х

Х А Р А К Т Е Р И С Т И К , Э К В И В А Л Е Н Т Н Ы Е

С Х Е М Ы Т Д И ЕГО

С О Е Д И Н Е Н И Й

Вольтамперная

характеристика описывается

до ­

вольно сложными

уравнениями,

затрудняющими

анализ

схем

на

Т Д . В [3], [18], [22] предлагаются

различные методы

аппроксимации,

в той или иной мере упрощающие анализ . Н а и б о л е е прост,

но наи ­

менее точен метод, при котором

вся

вольтамперная

характеристика

Т Д представляется

тремя

прямыми (линейная

аппроксимация)

(рис. 1.4а),

совпадающими

с реальной

характеристикой

в

точках

и д = 0, uR=U\,

ил=и2,

« Д = У 3 . Уравнение прямой,

аппроксимирую­

щей нарастающий

(первый)

участок туннельной

ветви:

£д = »д."1.

^1 Л ^

где

Гг^иЛг.

(1-2)

При

этом

эквивалентная

схема

Т Д

по постоянному току

представ­

ляется в виде сопротивления r t (рис. 1.46).

На п а д а ю щ е м (втором) участке туннельной

ветви уравнение

ап­

проксимирующей

прям ой.

1д

=

(е2 — иа)/\г.2\,

(1.3)

где

r2

=

(U, -

UiWt

-

А) =

~{U, -

UM

-

/ 2 ) ;

(1.4)

ea

=

/ i N

+

f / i = / 2 | r a | + f / a .

(1.5)

Д л я

второго

участка

характеристики

эквивалентная схема

дио­

да представлена

на рис.

1.4s в виде

резистора | г 2 |

и источника

ег.

Диффузионная

ветвь характеристики

Т Д

(третий участок)

имеет

следующее уравнение

аппроксимирующей прямой:

*д =

("д — <?з)/Ль

(1-6)

где

r 8

= ( £ / s - £ / s ) / ( / i - / a ) ;

(1-7)

cs = U2-I2rs

= U s - l l r 3 .

(1.8)

Эквивалентная

схема

Т Д для

второго

и третьего участков харак ­

теристики изображена на рис. 1.4г.

В [3], [16] приведена кусочно-стеленная аппроксимация,

которая

на участке О ^ М д ^ ^ Л

описывается

выражением

1д = М 1 — ( 1 - И д / О Д .

(1.9)

а на

участке

U3

гд

=

U + (А -

/а)

I (ид -

£/а )/(£/з -

#a)

l v ,

(1-10)

где

наилучшее совпадение

аппроксимирующей

кривой

с

реальной

характеристикой

получается при

Y ~ 3 .

Достоинством

кусочно-степенной

аппроксимации

является

то,

что

она

довольно

точно

о т р а ж а е т

ход реальной

характеристики

и

связана

с ее характерными

параметрам и

( 7 Ь

Ui,

1%

0'3).

В то

ж е

время ее применение для анализа схем

на Т Д

в большинстве

слу­

чаев

приводит к

сложным

трансцендентным

уравнениям.

Рис. 1.5. Вольтамперная характеристика ТД (7) и ее кусоч­

но-степенная (2)

и кусочно-л'ннеиная

(3) аппроксимации

Рассмотрим

случай,

когда

к а ж д ы й

из

участков

аппроксимирую­

щих кривых заменяется двумя прямыми

(рис. 1.5). Пусть на пер­

вом участке общая точка пересечения двух

прямых / д = / 0

с ь тогда

уравнение первой прямой на участке

0 ^ и д ^ 0 о ь \

1'д

=

Цд/г;,

( 1 . П )

где

r\

=

Uo6JIo6l,

(1.12)

а на участке

1]0б i^u-n^Ui

h

=

K~e,)lr;,

(1.13)

где

г; = ( г ; 1 - а д / ( / 1 - / о в 1 ) ;

( 1 . н )

el = U1 — hfy_

(1.15)

Значение

£У0е i найдем, подставляя

в

(1.9)

выбранную

величину

/ 0 б ь тогда

*/ов1 = [

1 - /

Ul-I06l)/h

] i / b

(1.16)

Получаемые при этом эквивалентные схемы для каждого участ­

ка аналогичны рис. 1А6,

г.

£ / I < « A = S ^ £ / O 6 2 п о ~

Д л я второго

участка

характеристики

Т Д

при

лучим

1Д

=

(е'2

— иа)/

\г'2\;

(1.17)