我们以3I306M为例研究隧道二极管


在现代电子产品中,隧道二极管被更方便解决相同问题的组件所取代。 但是,为什么不尝试一下曾经被认为是最快的活动元素呢?

隧道二极管分为用于放大器,脉冲发生器和关键电路的二极管。 根据数据表 ,3I306系列二极管设计用于开关器件。 该图显示了在I–V特性曲线的直线部分上,二极管两端的电压降与流过二极管的电流的关系:


作者的文字记录器是即兴创作的,它包括一个信号发生器,一个10欧姆的电阻器和一个示波器。 在这种情况下,会发生错误:示波器的一个通道通过二极管和电阻测量整个串行电路上的总电压,而另一通道仅测量电阻上的电流(可以从这些电压中的第二个间接确定电流)。 通过将曲线导出到CSV文件,然后使用matplotlib在Python中生成图形,可以仅计算二极管上的压降。

示波器屏幕上隧道二极管的I-V特性示例:


最初,通过二极管的电流上升到大约11 mA,直到电压上升到150 mV,然后急剧下降到500μA,然后再次增加。 这是负差分电阻的区域,电流随电压的增加而减小。

为了研究开关设备中二极管的工作原理,作者将其连接到两个BNC连接器。 它们的外壳连接在一起,并且在中心触点之间连接了一个二极管。 来自发生器的输出阻抗为50欧姆的信号以相同的输入阻抗通过二极管馈送到示波器:


二极管的行为与波形无关。 当电压超过阈值时,发生开关。 作者应用了频率为100 kHz的三角信号。 电流衰减900皮秒,而增加1.1纳秒。 令人印象深刻,尤其是当您认为电路由一部分组成时,不包括信号发生器在内。 在定时器555上使用方波发生器时,切换大约需要100纳秒。


但是,由于隧道二极管在低电压和低电流下工作,因此输出信号的幅度很小。

此外,作者试图在发电机中将开关二极管用于其他目的。 在这里,他将保持电路的无阻尼振荡:


振荡电路最初由直径为9 mm的一匝和2 pF的电容器组成。 一个10 nF的电容器会关闭所产生的振荡,而不将其传递到电源电路中。 电源电压为700 mV,启动后,当电压降至330 mV时,发电机继续工作。


首先,该发生器以295 MHz的频率工作。 当用另一个电容为pF的电容器替换电路中的电容器时,频率仅增加到300 MHz,这意味着二极管自身的电容会进一步降低频率。 在计算了线圈电感之后,作者进一步计算了二极管自身的电容-18 pF。 数据表说不超过30 pF,事实就是如此。

观察波动时,重要的是不要在电路上增加额外的容量。 使用10倍示波器探头时,电容为10 pF,足以进一步降低频率。 因此,作者在收到另一个线圈-测量后,关闭了示波器的输入。 将其带入电路回路中,就可以得到没有铁芯的变压器。 无法以这种方式识别振荡幅度,但是您可以看到它如何取决于电源电压。


为了提高产生频率,作者缩短了二极管端子,并直接在其上连接了带有轴向引脚排列的电容器。 不再需要线圈,电感由组件的输出提供。 向电路施加700 mV的电源电压后,激光发射开始于581 MHz的频率。 怎么增加呢? 带腔谐振器?


对于设计师来说,使用隧道二极管可能并不容易:规则“我们建造一个放大器-事实证明是发电机”正在努力得到遵守。 因此,作者尚未尝试在这种二极管上制造放大器。

作者以相同的方式获取了输出信号,尽管它看起来是完美的正弦波,但它还是会失真,仅在581 MHz的频率下1 GHz示波器才没有足够的分辨率来检测失真。 与前一种情况一样,无法精确测量幅度,这意味着将无法与该发生器进行比较。

隧道二极管非常“嫩”:其中一个二极管在去除I–V特性时失败,这是由于来自发生器的信号幅度太大,而另一个则是在焊接过程中过热。 对于其余的八个,作者的处理更为精细。 必须在不超过260°C的温度下用散热片将二极管焊接不超过3秒。 作者没有为此目的推荐使用2 mm厚的铜镊子,但提出了最初用于焊接锗部件的铝夹:


二极管还担心静电,此外,“不允许使用测试仪进行二极管测试”。 经过这样的实验,作者在二极管中幸存下来,但是在测试过程中,它没有朝着任何一个方向振铃。 您需要根据数据表中的插图确定极性。

如果您要尝试使用隧道二极管,请购买它们以防万一,但要立即开始遵守这些简单的规则。 这样您就不会失去任何一个。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN452230/


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