Tunneldiodenoszillator
Die Oszillatorschaltung, die unter Verwendung einer Tunneldiode aufgebaut ist, wird als Tunneldiodenoszillator bezeichnet. Wenn die Verunreinigungskonzentration eines normalen PN-Übergangs stark erhöht ist, ist diesTunnel diodegebildet. Es ist auch bekannt alsEsaki diodenach seinem Erfinder.
Tunneldiode
Wenn die Verunreinigungskonzentration in einer Diode zunimmt, nimmt die Breite des Verarmungsbereichs ab, wodurch eine zusätzliche Kraft auf die Ladungsträger ausgeübt wird, um den Übergang zu überqueren. Wenn diese Konzentration aufgrund der geringeren Breite des Verarmungsbereichs und der erhöhten Energie der Ladungsträger weiter erhöht wird, dringen sie durch die Potentialbarriere, anstatt darüber zu klettern. Dieses Eindringen kann verstanden werden alsTunneling und daher der Name, Tunnel diode.
Das folgende Bild zeigt, wie eine praktische Tunneldiode aussieht.
Die Symbole der Tunneldiode sind wie unten gezeigt.
Weitere Informationen zu Tunneldioden finden Sie in unserem Tutorial zur Grundelektronik .
Tunneldiodenoszillator
Die Tunneldiode hilft bei der Erzeugung eines sehr hochfrequenten Signals von fast 10 GHz. Eine praktische Tunneldiodenschaltung kann aus einem Schalter S, einem Widerstand R und einer Versorgungsquelle V bestehen, die über eine Tunneldiode D mit einer Tankschaltung verbunden sind.
Arbeiten
Der Wert des ausgewählten Widerstands sollte so sein, dass er die Tunneldiode in der Mitte des negativen Widerstandsbereichs vorspannt. Die folgende Abbildung zeigt die praktische Oszillatorschaltung für Tunneldioden.
In dieser Schaltung stellt der Widerstand R 1 die richtige Vorspannung für die Diode ein und der Widerstand R 2 stellt den richtigen Strompegel für die Tankschaltung ein . Die parallele Kombination des Widerstands R p Induktor L und des Kondensators C bildet einen Tankkreis, der bei der ausgewählten Frequenz in Resonanz ist.
Wenn der Schalter S geschlossen ist, steigt der Schaltungsstrom sofort in Richtung des konstanten Wertes an, dessen Wert durch den Wert des Widerstands R und den Diodenwiderstand bestimmt wird. Wenn jedoch der Spannungsabfall über der Tunneldiode V D die Spitzenpunktspannung V p überschreitet , wird die Tunneldiode in einen negativen Widerstandsbereich getrieben.
In diesem Bereich beginnt der Strom abzunehmen, bis die Spannung V D gleich der Talpunktspannung V v wird . Zu diesem Zeitpunkt treibt ein weiterer Anstieg der Spannung V D die Diode in den positiven Widerstandsbereich. Infolgedessen neigt der Schaltungsstrom dazu, anzusteigen. Diese Erhöhung der Schaltung erhöht den Spannungsabfall über dem Widerstand R, wodurch die Spannung V D verringert wird .
VI Kennlinie
Die folgende Grafik zeigt die VI-Eigenschaften einer Tunneldiode -
Die Kurve AB zeigt den negativen Widerstandsbereich an, wenn der Widerstand abnimmt, während die Spannung ansteigt. Es ist klar, dass der Q-Punkt in der Mitte der Kurve AB liegt. Der Q-Punkt kann sich während des Schaltungsbetriebs zwischen den Punkten A und B bewegen. Der Punkt A heißtpeak point und der Punkt B heißt valley point.
Während des Betriebs erhöht der Anstieg des Schaltungsstroms nach Erreichen des Punktes B den Spannungsabfall über dem Widerstand R, wodurch die Spannung V D verringert wird . Dies bringt die Diode zurück in den negativen Widerstandsbereich.
Die Abnahme der Spannung V D ist gleich der Spannung V P und dies vervollständigt einen Betriebszyklus. Die Fortsetzung dieser Zyklen erzeugt kontinuierliche Schwingungen, die eine sinusförmige Ausgabe ergeben.
Vorteile
Die Vorteile eines Tunneldiodenoszillators sind folgende:
- Es hat hohe Schaltgeschwindigkeiten.
- Es kann mit hohen Frequenzen umgehen.
Nachteile
Die Nachteile eines Tunneldiodenoszillators sind wie folgt:
- Sie sind Geräte mit geringem Stromverbrauch.
- Tunneldioden sind etwas teuer.
Anwendungen
Die Anwendungen eines Tunneldiodenoszillators sind wie folgt:
- Es wird in Relaxationsoszillatoren verwendet.
- Es wird in Mikrowellenoszillatoren verwendet.
- Es wird auch als Ultrahochgeschwindigkeitsschaltgerät verwendet.
- Es wird als Logikspeicher verwendet.
Nachdem alle wichtigen sinusförmigen Oszillatorschaltungen abgedeckt wurden, ist anzumerken, dass es viele Oszillatoren gibt, wie die bisher erwähnten. Die Oszillatoren, die Sinuswellenformen erzeugen, sind wie diskutiert Sinusoszillatoren.
Die Oszillatoren, die nicht sinusförmige Wellenformen (rechteckig, Sweep, dreieckig usw.) erzeugen, sind nicht sinusförmige Oszillatoren, die wir in unserem Tutorial zu Impulsschaltungen ausführlich besprochen haben .