9.4. Усилители на туннельных диодах

Тот факт, что у вольт-амперной характеристики туннельного» диода имеется область отрицательного сопротивления, означает, что этот прибор можно использовать для усиления. Усилителям; на туннельных диодах уделялось очень большое внимание в литературе в конце 1950-х и в начале 1960-х гг. в связи с их возможностями на высоких частотах и низким уровнем шумов. Было также обнаружено, что они имеют определенные преимущества перед усилителями с нелинейной реактивной проводимостью; например, в последнем случае отрицательная проводи мость возникает при нелинейном взаимодействии с учетом сигнала накачки, в то время как в усилителе на туннельном диоде нет необходимости в накачке, так как отрицательная проводимость — свойство, присущее вольт-амперной характеристике диода.

Соммерс [25] усовершенствовал туннельный диод, который использовал Чанг [4] в качестве активного элемента в усилителе с отрицательной проводимостью. В дальнейшем Чанг [5] исследовал оптимальную шумовую характеристику усилителей на туннельном Диоде. За этим последовало появление в литературе ряда родственных работ таких авторов, как ван-дер-Зили Тамия [32], Хайнс и Андерсон [13], Пенфилд [22], Тиманн Нельсон [21] и снова ван-дер-Зил [30, 31]. Рассмотрение туннельного диода как элемента схемы в общем виде провел Пусел большая часть работы которого посвящена шумовым характеристикам усилителей на туннельном диоде.

9.4.1. Эквивалентная схема

Эквивалентная схема туннельного диода, смещенного в область характеристики с отрицательным сопротивлением, показана на рис. 9.3. Емкость С — емкость перехода;

отрицательное сопротивление перехода в рабочей точке (т. е. R положительно) и последовательное сопротивление объемной области диода. Индуктивность проводов и других паразитных параметров в данной эквивалентной схеме не учитывается.

Хотя мало из-за высоких концентраций примесей в объемных областях, оно тем не менее не равно нулю. Это означает, что выше частоты отсечки у диода отсутствует отрицательное сопротивление и что он тогда не усиливает.

Рис. 9.3. Эквивалентная схема туннельного диода, смещенного в область характеристики с отрицательным сопротивлением.

Частоту отсечки легко вычислить, приравнивая нулю действительную часть импеданса эквивалентной схемы. Это дает

где приближенное соотношение справедливо, потому что в хорошем диоде Из формулы (9.12) должно следовать, что частоту отсечки нельзя увеличить, уменьшая площадь перехода, так как произведение не зависит от площади. Однако Пусел [23] доказывает, что это не так и что в действительности можно увеличить, уменьшая площадь перехода. Он выдвигает предположение о том, что в результате флуктуаций концентрации примесей по сечению перехода имеются флуктуации толщины барьера и что туннельные токи протекают именно в тех точках, где барьер самый тонкий. Таким образом, не связаны обратно пропорциональной зависимостью с площадью перехода, тогда как емкость С не подвержена существенно влиянию флуктуаций концентрации примесей и увеличивается с увеличением площади. Согласно этому объяснению, уменьшение площади перехода приводит к уменьшению С и соответствующему увеличению