Dans l'électronique moderne, les diodes tunnel sont supplantées par des composants plus pratiques pour résoudre les mêmes problèmes. Mais pourquoi ne pas expérimenter avec un élément actif qui était autrefois considéré comme l'un des plus rapides?
Les diodes tunnel sont divisées en celles destinées aux amplificateurs, aux générateurs d'impulsions et aux circuits de touches. Selon la
fiche technique , les diodes de la série 3I306 sont conçues pour être utilisées dans des dispositifs de commutation. Le graphique montre la dépendance de la chute de tension aux bornes de la diode du courant qui la traverse sur une partie droite de la caractéristique I - V:
Le personnage de l'auteur est improvisé, il se compose d'un générateur de signaux, d'une résistance de 10 ohms et d'un oscilloscope. Dans ce cas, une erreur se produit: un canal de l'oscilloscope mesure la tension totale sur l'ensemble du circuit série de la diode et de la résistance, et l'autre uniquement sur la résistance (le courant peut être indirectement déterminé à partir de la seconde de ces tensions). Il est possible de calculer la chute de tension uniquement sur la diode en exportant les courbes dans un fichier CSV, puis en générant les graphiques en Python avec matplotlib.
Un exemple de la caractéristique I-V d'une diode tunnel sur un écran d'oscilloscope:
Initialement, le courant à travers la diode monte à environ 11 mA jusqu'à ce que la tension monte à 150 mV, puis diminue fortement à 500 μA et augmente à nouveau. Il s'agit de la zone de résistance différentielle négative où le courant diminue avec l'augmentation de la tension.
Pour étudier le fonctionnement de la diode dans le dispositif de commutation, l'auteur l'a connectée à deux connecteurs BNC. Leurs boîtiers sont connectés ensemble, et une diode est connectée entre les contacts centraux. Le signal du générateur avec une impédance de sortie de 50 Ohms est envoyé à travers la diode à l'oscilloscope avec la même impédance d'entrée:
Le comportement de la diode est indépendant de la forme d'onde. Lorsque la tension dépasse le seuil, la commutation se produit. L'auteur a appliqué un signal triangulaire avec une fréquence de l'ordre de 100 kHz. La décroissance actuelle de 900 picosecondes et l'augmentation de 1,1 nanosecondes. Impressionnant, surtout quand on considère que le circuit est constitué d'une seule partie, sans compter le générateur de signal. Avec un générateur d'onde carrée sur la minuterie 555, la commutation prend environ 100 nanosecondes.
Mais l'amplitude du signal de sortie est faible, car les diodes à effet tunnel fonctionnent à de faibles tensions et courants.
De plus, l'auteur essaie d'utiliser une diode de commutation à d'autres fins - dans le générateur. Ici, il maintiendra des oscillations non amorties dans le circuit:
Le circuit d'oscillation était initialement composé d'un tour d'un diamètre de 9 mm et d'un condensateur de 2 pF. Un condensateur de 10 nF ferme les oscillations générées à lui-même, sans les faire passer dans le circuit de puissance. La tension d'alimentation est de 700 mV, après le démarrage du générateur continue de fonctionner lorsque la tension chute à 330 mV.
Au début, le générateur fonctionnait à une fréquence de 295 MHz. Lors du remplacement du condensateur dans le circuit par un autre avec une capacité en pF, la fréquence a augmenté à seulement 300 MHz, ce qui implique que la propre capacité de la diode a encore abaissé la fréquence. Après avoir calculé l'inductance de la bobine, l'auteur a ensuite calculé la propre capacité de la diode - 18 pF. La fiche technique indique qu'elle ne dépasse pas 30 pF, et cela s'est avéré être le cas.
Lors de l'observation des fluctuations, il est important de ne pas ajouter de capacité supplémentaire au circuit. Avec une sonde d'oscilloscope 10x, la capacité est de 10 pF, ce qui est suffisant pour réduire davantage la fréquence. Par conséquent, l'auteur a fermé l'entrée de l'oscilloscope au boîtier, après avoir reçu une autre mesure de bobine. En l'amenant à la boucle du circuit, vous pouvez obtenir un transformateur sans noyau. L'amplitude d'oscillation ne peut pas être reconnue de cette manière, mais vous pouvez voir comment elle dépend de la tension d'alimentation.
Pour augmenter la fréquence de génération, l'auteur a raccourci les bornes de la diode et a connecté directement un condensateur avec une disposition de broches axiales. La bobine n'est plus nécessaire, l'inductance est fournie par les sorties des composants. Après avoir appliqué une tension d'alimentation de 700 mV au circuit, le laser a commencé à une fréquence de 581 MHz. Sinon, comment l'augmenter? Prenez un résonateur à cavité?
Probablement, il n'a pas été facile pour les concepteurs de travailler avec des diodes tunnel: la règle "nous construisons un amplificateur - il s'avère que le générateur" s'efforçait d'être respectée ici. Par conséquent, l'auteur n'a pas encore essayé de fabriquer un amplificateur sur une telle diode.
L'auteur a pris le signal de sortie de la même manière, et bien qu'il ait l'air parfaitement sinusoïdal, il peut être déformé, juste à une fréquence de 581 MHz, l'oscilloscope 1 GHz n'a pas assez de résolution pour détecter la distorsion. Tout comme dans le cas précédent, il n'est pas possible de mesurer avec précision l'amplitude, ce qui signifie qu'il ne sera pas possible de comparer ce générateur avec le précédent.
Les diodes tunnel sont très «tendres»: l'une d'entre elles est tombée en panne lors de la suppression de la caractéristique I - V en raison de l'amplitude du signal du générateur trop importante, et l'autre de la surchauffe lors du brasage. Avec les huit restants, l'auteur a manipulé beaucoup plus délicatement. Il est nécessaire de souder la diode à une température ne dépassant pas 260 ° C pendant pas plus de 3 secondes et avec un dissipateur thermique. L'auteur n'a pas de brucelles en cuivre recommandées à ces fins, 2 mm d'épaisseur, mais un clip en aluminium, acheté à l'origine pour souder des composants en germanium, est apparu:
Les diodes ont également peur de l'électricité statique, en outre, "le test des diodes par un testeur n'est pas autorisé". Après une telle expérience, l'auteur a survécu à la diode, mais pendant le test, elle n'a sonné dans aucune direction. Vous devez déterminer la polarité à partir de l'illustration de la fiche technique.
Si vous allez expérimenter avec des diodes tunnel, achetez-les juste au cas où avec une marge, mais commencez à observer ces règles simples immédiatement. Et puis vous n'en perdrez pas un seul.