En la electrónica moderna, los diodos de túnel son reemplazados por componentes que son más convenientes para resolver los mismos problemas. Pero, ¿por qué no experimentar con un elemento activo que alguna vez se consideró uno de los más rápidos?
Los diodos de túnel se dividen en aquellos destinados a amplificadores, generadores de pulso y circuitos clave. Según la
hoja de datos , los diodos de la serie 3I306 están diseñados para su uso en dispositivos de conmutación. El gráfico muestra la dependencia de la caída de voltaje a través del diodo de la corriente a través de él en una porción recta de la característica I - V:
El caracterógrafo del autor está improvisado, consiste en un generador de señal, una resistencia de 10 ohmios y un osciloscopio. En este caso, se produce un error: un canal del osciloscopio mide el voltaje total en todo el circuito en serie desde el diodo y la resistencia, y el otro solo en la resistencia (la corriente se puede determinar indirectamente a partir del segundo de estos voltajes). Es posible calcular la caída de voltaje solo en el diodo exportando las curvas a un archivo CSV, y luego generando los gráficos en Python con matplotlib.
Un ejemplo de la característica I-V de un diodo de túnel en una pantalla de osciloscopio:
Inicialmente, la corriente a través del diodo aumenta a aproximadamente 11 mA, hasta que el voltaje aumenta a 150 mV, luego disminuye bruscamente a 500 μA y aumenta nuevamente. Esta es el área de resistencia diferencial negativa donde la corriente disminuye al aumentar el voltaje.
Para estudiar el funcionamiento del diodo en el dispositivo de conmutación, el autor lo conectó a dos conectores BNC. Sus casos están conectados entre sí, y un diodo está conectado entre los contactos centrales. La señal del generador con una impedancia de salida de 50 ohmios se alimenta a través del diodo al osciloscopio con la misma impedancia de entrada:
El comportamiento del diodo es independiente de la forma de onda. Cuando el voltaje excede el umbral, se produce la conmutación. El autor aplicó una señal triangular con una frecuencia del orden de 100 kHz. La corriente decae en 900 picosegundos y el aumento en 1.1 nanosegundos. Impresionante, especialmente cuando considera que el circuito consta de una parte, sin contar el generador de señal. Con un generador de onda cuadrada en el temporizador 555, la conmutación tarda aproximadamente 100 nanosegundos.
Pero la magnitud de la señal de salida es pequeña, ya que los diodos de túnel funcionan a bajos voltajes y corrientes.
Además, el autor intenta utilizar un diodo de conmutación para otros fines, en el generador. Aquí mantendrá oscilaciones no amortiguadas en el circuito:
El circuito de oscilación inicialmente consistía en una vuelta con un diámetro de 9 mm y un condensador de 2 pF. Un condensador de 10 nF cierra las oscilaciones generadas para sí mismo, sin pasarlas al circuito de alimentación. El voltaje de suministro es de 700 mV, después de arrancar el generador continúa funcionando cuando el voltaje cae a 330 mV.
Al principio, el generador funcionaba a una frecuencia de 295 MHz. Al reemplazar el condensador en el circuito con otro con una capacitancia en pF, la frecuencia aumentó a solo 300 MHz, lo que implica que la capacitancia del diodo disminuyó aún más la frecuencia. Habiendo calculado la inductancia de la bobina, el autor calculó aún más la capacidad del diodo: 18 pF. La hoja de datos dice que no supera los 30 pF, y esto resultó ser así.
Al observar fluctuaciones, es importante no agregar capacidad adicional al circuito. Con una sonda de osciloscopio de 10x, la capacitancia es de 10 pF, que es suficiente para reducir aún más la frecuencia. Por lo tanto, el autor cerró la entrada del osciloscopio al caso, después de haber recibido otra bobina de medición. Al llevarlo al bucle del circuito, puede obtener un transformador sin núcleo. La amplitud de oscilación no puede reconocerse de esta manera, pero puede ver cómo depende de la tensión de alimentación.
Para aumentar la frecuencia de generación, el autor acortó los terminales del diodo y conectó un condensador con una disposición de clavija axial directamente a ellos. La bobina ya no es necesaria, la inductancia es proporcionada por las salidas de los componentes. Después de aplicar un voltaje de suministro de 700 mV al circuito, el láser comenzó a una frecuencia de 581 MHz. ¿De qué otra manera aumentarlo? Toma un resonador de cavidad?
Probablemente, no fue fácil para los diseñadores trabajar con diodos de túnel: la regla "construimos un amplificador, resulta que el generador" se esforzaba por ser respetado aquí. Por lo tanto, el autor aún no ha intentado hacer un amplificador en dicho diodo.
El autor tomó la señal de salida de la misma manera, y aunque se ve perfectamente sinusoidal, puede distorsionarse, solo a una frecuencia de 581 MHz el osciloscopio de 1 GHz no tiene suficiente resolución para detectar la distorsión. Al igual que en el caso anterior, no es posible medir con precisión la amplitud, lo que significa que no será posible comparar este generador con el anterior.
Los diodos de túnel son muy "delicados": uno de ellos falló durante la eliminación de la característica I - V debido a la amplitud de la señal del generador demasiado grande, y el otro por sobrecalentamiento durante la soldadura. Con los ocho restantes, el autor manejó mucho más delicadamente. Es necesario soldar el diodo a una temperatura de no más de 260 ° C durante no más de 3 segundos y con un disipador de calor. El autor no tiene pinzas de cobre recomendadas para tales fines, de 2 mm de espesor, pero apareció un clip de aluminio, originalmente comprado para soldar componentes de germanio:
Los diodos también temen a la electricidad estática, además, "la prueba de diodos por parte de un probador no está permitida". Después de tal experimento, el autor sobrevivió al diodo, pero durante la prueba no sonó en ninguna dirección. Debe determinar la polaridad de la ilustración en la hoja de datos.
Si va a experimentar con diodos de túnel, cómprelos por si tiene un margen, pero comience a observar estas simples reglas de inmediato. Y entonces no perderás ni uno solo.