隧道二極管脈沖電路原理及應(yīng)用電路圖

由于隧道二極管的脈沖電路，結(jié)構(gòu)簡單，變化速度快，功耗小，因此在高速脈沖技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用，可以用隧道二極管構(gòu)成雙穩(wěn)電路，單穩(wěn)電路，多諧振蕩電路，以及用作整形和分頻電路等。

一、隧道二極管的伏安特性及其參數(shù)

隧道二極管的伏安特性[見圖一(a)]是一條S型特性曲線。曲線中最大電流點P，稱為峰點;最小電流點V，稱為谷點，隧道二極管的主要參數(shù)：

(1)峰點電壓Up，約幾十毫伏，谷點電壓Uv，約幾百毫伏

(2)峰點電流Ipi，約幾毫安，谷點電流Iv約幾百微安

(3)峰谷電流比，約為5-6，越大越好

(4)谷點電容Cv，幾微法至幾十微法，越小越好，國產(chǎn)2BS4A：Up=80毫伏，Ip=4毫安，峰谷電流比≥5，Cv=10～15微法，Uv=280毫伏。

圖一、隧道二極管的伏安特性

圖一(b)是常用的隧道二極管脈沖電路，若選取R、E的不同數(shù)值，可作三種具有代表性的直流負(fù)載線：

負(fù)載線Ⅰ圖一(a)與伏安特性交于低壓正阻區(qū)a點，它是穩(wěn)定點，用于構(gòu)成單穩(wěn)電路。

負(fù)載線Ⅱ與伏安特性相交于負(fù)阻區(qū)的b點，它是不穩(wěn)定點，用于構(gòu)成多諧振蕩電路。

負(fù)載線Ⅲ與伏安特性交于C、D、E三點，C、E為穩(wěn)定點，D為不穩(wěn)定點，用于構(gòu)成雙穩(wěn)電路，因此，選取不同的靜態(tài)工作點負(fù)載線，就可獲得不同類型的脈沖電路。

二、隧道二極管單穩(wěn)態(tài)電路

圖2、隧道二極管單穩(wěn)態(tài)電路

圖2(a)是單穩(wěn)態(tài)是路，若調(diào)節(jié)電位器R1，使由R1//R2及R2E/(R1+R2)作出的負(fù)載線I處于低壓正阻區(qū)內(nèi)，其靜態(tài)工作點Q是穩(wěn)定點(圖2(b)，這時若無觸發(fā)脈沖作用，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。但在觸發(fā)脈沖us作用下，負(fù)載線從I移至II，由于隧道不能停留在負(fù)阻區(qū)，及電感不允許電流突變，所以當(dāng)電流I增至峰點電流時，就發(fā)生如下的恒流躍變：

各點變化的電壓組成的輸出波形如圖2(C)所示，脈沖寬度為：

ts=(L/RΣ)In[(ET-IvRΣ)/(ET-IpRΣ)](適用于工作在特性曲線低壓段)

式中：RΣ=RT+R1//R2，RT=Up/Ip

ET=E[R2/(R1+R2)

L≈UFts/2(Ip-Iv)

脈沖前沿：tr≈Cs[(Uv-UA)/Iv]

Cs為隧道二極管的結(jié)電容和分布電容

三、隧道二極管多諧振蕩電路

圖三、隧道二極管諧振蕩器

圖三(a)為自激多諧振蕩電路。靜態(tài)工作點Q置于負(fù)阻區(qū)(見圖3(b))。當(dāng)接通電源后，電流I從零開始增至峰點電流，Ipo但由于靜態(tài)點不穩(wěn)點，加上電感不允許電流突變，所以電流增至Ip后，周而復(fù)始地進(jìn)行，從而產(chǎn)生了快速的矩形脈沖[見圖3(C)]。其參數(shù)如下：

脈沖寬度：T1≈(L/RΣ)In[(UF-ET+IpRΣ1)/(Uv-ET+IvRΣ1)]

脈沖間隔：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)]

四、隧道二極管雙穩(wěn)態(tài)電路

圖4(a)為雙穩(wěn)態(tài)電路，它有兩個穩(wěn)定的靜態(tài)點Q1及Q3和一個不穩(wěn)定點Q2(見圖4(b))。當(dāng)接通電源后，電流增至IQ1就穩(wěn)定下來。設(shè)觸發(fā)脈沖U2經(jīng)過Rs及C1作用于隧道二極管。若幅度足夠大，就能把負(fù)載線推至P點外[虛線①，又由于電感存在，從P點恒流躍變至F點，再從F→Q3(當(dāng)正尖脈沖消失后，負(fù)載線回至實線位置)接著，負(fù)尖脈沖又把負(fù)載線推至左邊(虛線②)，開始恒流躍變：即從V→M→Q1。隨著正、負(fù)尖脈沖的交替作用，產(chǎn)生了周期的矩形波(見圖4(C)

圖4、隧道二極管雙穩(wěn)態(tài)電路

五、隧道二極管與晶體管的組合使用

國產(chǎn)的隧道二極管全都是鍺材料做成的，其峰值電壓約為0.25伏左右，若這種鍺的遂道二極管要與硅晶體管并聯(lián)使用時，則遂道二極管BG2要串接反向二極管BG1(同了圖5(a)，反向二極管是一種變種的隧道二極管，其峰點電流特別小，正向特性與普通二極管相似，但反向電壓作用時，電流急劇增加，溫度特性十分穩(wěn)定。

圖5、隧道二極管整形電路

從圖5(b)可見，反向二極管與隧道二極管串接后，其組合特性：在電壓較低時由反向二極管決定：在電壓較高時，與硅晶體管的正向特性類似，兩者之間又存在負(fù)阻區(qū)，若按圖5(b)設(shè)置靜態(tài)點Q1，當(dāng)A為低平電平時，B為高電平(0.8伏)，BG3導(dǎo)通，集電極電壓Uc3=3伏。BG4的射極輸出端Uo為零伏低電平，當(dāng)A點為負(fù)電平Um時，負(fù)載線向左轉(zhuǎn)移，很快地進(jìn)入另一穩(wěn)定點Q3。UQ3低于BG3的載止電壓，故BG3載止，輸出，輸出Uo為高電平，約18伏左右。一旦當(dāng)A點回到零平時，負(fù)載線回到右邊，工作點從Q3→P→F→Q1點，輸出Uo又迅速回到零電平，由于隧道二極管的變化速度特別快，所以輸出脈沖的前后沿很陡。晶體管示波器常用隧道二極管]作整形電路。