隧道二極管脈沖電路原理及應(yīng)用介紹

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(diǎn)P，稱為峰點(diǎn)；最小電流點(diǎn)V，稱為谷點(diǎn)，隧道二極管的主要參數(shù)：
（1）峰點(diǎn)電壓Up，約幾十毫伏，谷點(diǎn)電壓Uv，約幾百毫伏
（2）峰點(diǎn)電流Ipi，約幾毫安，谷點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)，它是穩(wěn)定點(diǎn)，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(diǎn)，它是不穩(wěn)定點(diǎn)，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(diǎn)，C、E為穩(wěn)定點(diǎn)，D為不穩(wěn)定點(diǎn)，用于構(gòu)成雙穩(wěn)電路，因此，選取不同的靜態(tài)工作點(diǎn)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(diǎn)Q是穩(wěn)定點(diǎn)（圖2（b），這時(shí)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(diǎn)電流時(shí)，就發(fā)生如下的恒流躍變：

各點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)電流，Ipo但由于靜態(tài)點(diǎn)不穩(wěn)點(diǎn)，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)]