隧道二极管脉冲电路

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导波雷达液位计回波信号处理模块设计方法研究

sampling, sampling gate, echo signal processing circuit
III
目录
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第一章绪论 .....................................................................................................................1 1.1 液位计的研究背景及选题意义............................................................................ 1 1.2 导波雷达液位计国内外研究现状........................................................................ 3 1.2.1 雷达液位计的分类 ........................................................................................ 3 1.2.2 国内外研究现状 ............................................................................................ 4 1.3 论文的主要研究内容及章节安排 ........................................................................ 7
（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）
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摘要
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导波雷达液位计作为一种测距仪表，相比其他传统的液位测量仪表，具有精度和可靠性较高，实时性较好，能够在恶劣的环境下测量等优点，被广泛应用于石油化工、冶金、锅炉等工业领域中。随着市场上对导波雷达液位计需求量的逐渐增多，对其设计与开发有越来越重要的意义，并相继成为各大公司关注的热点。

隧道二极管的隧穿原理

隧道二极管的隧穿原理隧道二极管（Tunneling Diode）是一种特殊的半导体器件，其工作原理是基于电子在能带中的隧穿现象。

隧道二极管的隧穿原理可以通过两个方面来解释：量子力学隧穿效应和电子能带结构。

首先，需要理解能带结构的概念。

在固体中，电子的能量被量子化为能带的形式。

能带是指在一定范围内允许电子具有的能量状态。

最低的能带称为价带，其上方为禁带，禁带上方的能带称为导带。

禁带的存在使得电子不能随意跃迁到高能级，只有在某种外界激励下，才能跃迁到导带上。

现在让我们来看量子力学隧穿效应。

根据量子力学的定律，一粒子在势能垒之外也存在有一定的概率。

对于电子而言，当它碰到一个能量垒时，根据薛定谔方程，存在一定的概率可以穿越垒壁。

这种现象被称为隧穿效应。

将上述两个概念结合起来，我们可以解释隧道二极管的原理。

隧道二极管采用了一种双重势垒结构，即两个能垒。

当施加正向偏压时，其中一个能垒的高能级与N型半导体的导带接近，而另一个能垒的低能级与P型半导体的价带接近。

这种配置使得电子可以通过隧穿效应从P型半导体的价带穿越到N型半导体的导带。

此时，电流开始流动，隧穿电流就产生了。

与普通二极管不同的是，隧道二极管在正向偏压下的电流并不随电压的增加而线性增加，而是具有负电阻特性。

换句话说，电流反而随着电压的升高而下降。

这是因为电压的升高会增加隧穿电流，但同时也会增大导带与价带之间的势垒，降低了电子隧穿的概率，从而导致电流的下降。

隧道二极管的负电阻特性使其在一些特定的应用中非常有用。

例如，在高频振荡器和微波放大器中，隧道二极管可以用作频率调制器、振荡电路和开关。

此外，隧道二极管还可以用于逻辑电路、计时电路和固态电源。

总之，隧道二极管的隧穿效应是其工作原理的基础。

通过制造双重势垒结构，利用电子在能带中的隧穿现象实现电流的流动。

隧道二极管在一些特定的应用中具有负电阻特性，可以用于频率调制器、振荡电路和开关等方面。

隧穿效应的理解对于深入理解隧道二极管的工作原理和应用机制非常重要。

隧道二极管

基于重掺杂PN结隧道效应而制成的半导体两端器件。

隧道效应是1958年日本江崎玲於奈在研究重掺杂锗PN结时发现的，故隧道二极管又称江崎二极管。

这一发现揭示了固体中电子隧道效应的物理原理，江崎为此而获得诺贝尔奖金物理学奖。

隧道二极管通常是在重掺杂N型（或P型）的半导体片上用快速合金工艺形成高掺杂的PN结而制成的；其掺杂浓度必须使PN结能带图中费米能级进入N型区的导带和P型区的价带；PN结的厚度还必须足够薄（150埃左右），使电子能够直接从N型层穿透PN结势垒进入P型层。

这样的结又称隧道结。

隧道二极管的主要特点是它的正向电流－电压特性具有负阻(见图)。

这种负阻是基于电子的量子力学隧道效应，所以隧道二极管开关速度达皮秒量级,工作频率高达100吉赫。

隧道二极管还具有小功耗和低噪声等特点。

隧道二极管可用于微波混频、检波（这时应适当减轻掺杂，制成反向二极管），低噪声放大、振荡等。

由于功耗小，所以适用于卫星微波设备。

还可用于超高速开关逻辑电路、触发器和存储电路等。

1958年江崎（L.Esaki）发现“隧道二极管”，这种二极管常常被称为“江崎二极管”。

在江崎的部分博士论文工作中，他研究了应用于高速双极晶体管的锗重掺杂p-n结，其中需要窄的和重掺杂的基区。

在1973年，因为江崎在隧道二极管方面的开创性工作，他获得了物理学诺贝尔奖。

后来，其它研究人员采用其它材料也证实了隧道二极管，如1960年的GaAs（胡恩亚克（Hoonyak）、莱斯克（Lesk））[3]和InSb（巴特多夫（Batdorf）等）、1961年的硅（查诺韦思（Chynoweth）等）和InAs（克莱因克内希特（Kleinknecht））以及1962年的GaSb（卡尔（Carr））和InP（伯勒斯（Burrus））。

隧道二极管的主要引人瞩目之处，除了其负微分电阻（负阻）以外，是高速工作，因为它是一种多数载流子器件，而且并不遭受少数载流子存储影响。

量子力学隧穿，是它不受漂移传输时间限制的固有高速工作机理。

量子隧道二极管穿越能隙的神奇能力

量子隧道二极管穿越能隙的神奇能力量子隧道二极管（quantum tunneling diode）是一种利用量子现象中的隧道效应工作的二极管。

它具有独特的特性，能够在经典物理学不能解释的情况下实现电子的穿越，从而拓展了电子器件的应用范围。

一、量子隧道二极管的基本原理量子隧道二极管的基本原理是基于量子力学领域中的隧道现象。

根据量子力学的波粒二象性理论，电子既可以被视为粒子，也可以被视为波动。

当电子遇到势垒时，根据经典物理学的理论，它应该被势垒完全阻挡，无法通过。

然而，根据量子力学的理论，电子存在一定的概率穿越势垒并继续传播。

这种现象被称为量子隧道效应。

量子隧道二极管利用了这一现象。

它由两片半导体材料构成，中间夹着一层细薄的势垒。

当加上适当的电压时，势垒中的电子具有足够的能量穿越势垒，并在另一侧形成电流。

这个过程在经典物理学中是不可思议的，但量子力学的隧道效应解释了它。

二、量子隧道二极管的应用1. 高速电子器件由于量子隧道二极管具有非常快的开关速度，因此广泛应用于高速电子器件中。

它可以在纳秒甚至皮秒的时间内实现电子的传输，使得电子器件的工作速度大大提升。

2. 低功耗电路量子隧道二极管的另一个重要应用是在低功耗电路中。

由于它可以实现电子的穿越，不需要大量的能量来推动电子通过势垒，因此可以显著减少功耗。

这对于移动设备等对电池寿命要求较高的应用非常有益。

3. 量子计算量子计算是一种基于量子力学的新型计算方法，相对于传统的二进制计算，具有更强大的计算能力。

量子隧道二极管作为量子计算的关键元件之一，可以实现快速的量子信息传输和处理，为量子计算的实际应用提供了可能性。

4. 量子通信量子隧道二极管还可以用于量子通信领域。

量子通信利用量子力学中的量子纠缠和量子隧道效应进行信息传输，具有极高的安全性和抗干扰能力。

量子隧道二极管作为量子通信系统中的重要组成部分，可以实现高速、安全的量子信息传递。

三、量子隧道二极管面临的挑战虽然量子隧道二极管具有许多应用前景，但仍然面临一些挑战。

二极管在脉冲发生电路中的应用

二极管在脉冲发生电路中的应用
脉冲整形：二极管可用于将输入信号的波形整形成所需的脉冲形状。

例如，正向偏置的二极管可以将输入脉冲波形的负半周截断，仅保留正半周，以产生整形的输出信号。

脉冲切割：二极管可以用于切割输入脉冲，使其在某些条件下启用或禁用。

这对于控制脉冲信号的时序和持续时间非常有用。

脉冲放大：二极管可以用于脉冲信号的放大。

在某些情况下，二极管可以充当开关，将一个较小的控制信号用于控制一个更大的负载。

脉冲检测：二极管可用于检测脉冲信号的存在或缺失。

当脉冲信号存在时，二极管导通，产生一个输出；当脉冲信号缺失时，二极管截断，输出不再存在。

脉冲延时：二极管可以与电容器结合，用于延时脉冲信号的传播。

通过控制电荷和放电过程，可以实现不同的时间延迟。

脉冲多路复用：二极管可以用于将多个输入脉冲信号复用到一个输出通道，以实现信号的交替传输。

电路隧道二极管

电路隧道二极管1. 介绍电路隧道二极管，也称为隧道二极管或者Esaki二极管，是一种特殊的二极管，具有非常特殊的电流-电压特性。

它是由日本科学家江崎玲於1957年发现的，因此得名江崎二极管。

隧道二极管的特殊之处在于，它能够在特定电压范围内产生负电阻，这是其他常规二极管所不具备的特性。

2. 结构和工作原理隧道二极管的结构和常规二极管类似，由两个半导体材料（通常是p型和n型半导体）构成。

但与常规二极管不同的是，隧道二极管中的n型半导体区域非常薄，并且在该区域中存在一个非常窄的能隙。

这种结构使得隧道二极管具有特殊的电流-电压特性。

隧道二极管的工作原理基于量子隧穿效应。

当施加正向电压时，由于能隙的存在，电子从p型半导体区域通过能隙隧穿到n型半导体区域，形成电流。

而在反向电压下，由于能隙的限制，电子无法隧穿，因此几乎没有电流通过。

当施加的电压超过某个特定值（称为峰值电压），隧道二极管的电流会迅速增加，形成所谓的负电阻区域。

在负电阻区域中，电流随着电压的增加反而减小，这是隧道二极管独特的特性。

3. 特性和应用3.1 特性隧道二极管具有以下主要特性：•负电阻特性：隧道二极管在特定电压范围内表现出负电阻特性，即电流随着电压的增加反而减小。

这种特性使得隧道二极管在某些应用中能够起到放大和开关的作用。

•高速开关能力：由于隧道二极管的负电阻特性，它能够实现非常快速的开关速度，通常在纳秒级别。

这使得隧道二极管在高频电子设备中得到广泛应用。

•低功耗：隧道二极管在工作时，由于负电阻特性，能够在低功耗下实现高效的能量转换。

3.2 应用隧道二极管在以下领域中得到广泛应用：•逻辑电路：由于隧道二极管具有高速开关能力和低功耗特性，它常用于高速逻辑电路中，如计算机处理器和高速通信设备。

•检波器：隧道二极管由于其负电阻特性，可以用作微波和射频检波器，可以实现高灵敏度和快速响应。

•振荡器：隧道二极管的负电阻特性使得它可以用作微波和射频振荡器，用于产生高频信号。

一种基于数字电路的纳秒级脉冲产生方法

一种基于数字电路的纳秒级脉冲产生方法张涛;李熹;郭德淳【摘要】介绍了超宽带无线电的基本概念和技术特点,对几种典型的超宽带窄脉冲产生方法进行了描述和比较,提出了一种采用数字电路实现超宽带纳秒级窄脉冲的新方法,叙述了电路的基本原理和核心器件的主要性能,给出了电路结构,并对试验电路进行了测试.最后给出了测试结果并对测试结果进行了分析,得出了相关的结论.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2006(029)010【总页数】3页(P119-120,123)【关键词】超宽带;数字电路;脉冲;纳秒【作者】张涛;李熹;郭德淳【作者单位】北京理工大学信息科学技术学院,北京,100081;北京理工大学信息科学技术学院,北京,100081;北京理工大学信息科学技术学院,北京,100081【正文语种】中文【中图分类】TN789.11 引言超宽带(UWB)无线电是一种在频谱极宽，功率谱极低的情况下进行传输数据的无线电技术。

根据FCC对于UWB的定义，绝对带宽大于500 MHz或者相对带宽大于20%的无线电系统均可称为UWB系统。

大多数的超宽带系统都是基于无载波的窄脉冲信号，因为他的信号脉冲持续时间非常短，因此可以实现极高的数据率。

除了传输速度快之外，由于脉冲持续时间短，发射信号占空比小，因此在极宽的频谱上具有极低的功率谱密度，美国FCC已经批准在一定的限制条件下，可以与其他重叠频段的无线电系统共存。

当采用较高的发射功率时，可以穿透墙壁，探测到隐藏在墙壁和其他障碍物后面的人员等目标。

超宽带无线技术通过改变脉冲的幅度间距或持续时间来传递信息。

与其他无线通信技术相比，超宽带无线电系统有很多优点：频谱利用率高、系统结构简单、成本低、系统安全性能好、抗多径衰落能力强、系统容量大。

2 窄脉冲信号的产生原理窄脉冲产生的方法很多，大致可以分为2类，一类是将各种高速器件等效成开关，从而利用储能元件充放电得到短持续时间的信号，再经过脉冲成形网络整形成满足要求的波形和电压足够高的脉冲。

隧道二极管(tunneldiode)物理知识大全

隧道二极管〔tunneldiode〕物理知识大全
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隧道二极管〔tunneldiode〕
隧道二极管(tunneldiode)
又名江崎(Esaki)二极管，一种两端半导体结型器件。

此管是由日本人江崎于1957年创造的。

它不具有普通的整流作用，在正向偏置下，正向电流一开始随电压的增加而迅速上升到达极大值，随后随电压的增大电流反而减小产生负阻现象。

反向时，反向电流随反向偏压增大而迅速增加，相当于短路。

这是由于在二极管的p区和n区均为重掺杂，通常称为隧道结，隧道结中势垒区很薄，约为10-2m，是一般pn结的1。

由于量子力学的隧道效应，n区导带的电子可能穿过禁带到p区的价带，p区价带电子也可穿过禁带到n区导带，从而产生隧道电流。

这样使得在零偏附近和所有负偏条件下电流均能自由通过。

由于它具有正向负阻特性，而且是利用多子隧道效应工作的，所以隧道二极管具有多种用途。

它具有噪声低、工作温度范围大，可在极高频工作等优点，能在高频电路中用作放大、振荡和开关等的有源元件。

感谢阅读隧道二极管(tunneldiode)物理知识大全，希望大家从中得到启发。

隧道二极管原理及应用

隧道二极管原理及应用
隧道二极管是一种特殊的二极管，它通过利用电子在能量障壁上的隧
穿现象（即量子隧穿效应）来实现非常高的迅速开关速度和超低的电压降。

隧道二极管具有以下特点：
1.非常快速的开关速度：隧道二极管能够实现兆赫兹级的开关速度，
这使其非常适合高频电路和数字电路应用。

2.超低的电压降：由于隧道二极管能够利用量子隧穿现象，在极低的
电压下工作，因此能够减少电路在开关时的能量损失，提高功率效率。

3.非常灵敏的电压响应：隧道二极管的电流与电压之间存在很强的反
馈关系，电压变化将导致电流迅速变化，这使得它在传感器和检测器等应
用中非常有用。

隧道二极管主要应用于高速数字电路、射频电路、微波电路、功率电源、传感器等领域，具体应用包括：
1.高速数字电路中作为信号放大器、反相器、门电路等组成的基本逻
辑电路。

2.射频电路中的宽带放大器、混频器、检波器等组成的宽频带无线电
器件。

3.微波电路中用于制造高功率微波放大器、发射机、接收机等。

4.功率电源中可替代传统的肖特基二极管，用于制造高效的变换器和
稳压器等电路。

5.传感器中可用于制造高灵敏度和快速响应的温度传感器、压力传感器、光电传感器等。

隧道二极管原理及应用

隧道二极管原理及应用
隧道二极管的结构与普通二极管相似，由P型和N型半导体材料组成。

然而，与普通二极管不同的是，隧道二极管的P型和N型区域在非常接近
的地方被突变连接而不是电离区域。

这种突变连接可以使电子以隧道的方
式通过由禁带构成的薄膜，在禁带的两端形成电子直接通过的通道。

1.高速电路：由于隧道二极管具有非常快速的开关速度和响应时间，
因此常用于高频、高速的电路中，如微波传感器和雷达系统等。

隧道二极
管在这些应用中能够提供了超高速的操作。

2.微波放大器：由于隧道二极管在正常工作区域内具有负阻特性，可
以用作微波放大器，特别是在信号增益方面具有优势。

该二极管的高速和
低噪声使其成为微波频率放大器的理想选择。

3.开关电源：隧道二极管的快速开关特性使其成为开关电源电路中的
理想选择。

它可以用于能量转换器和频率变换器等应用，其高速和低功耗
使其成为高效能量转换的关键元件之一
4.客户端波整理：隧道二极管具有负电阻特性，可以用于波整理电路中。

它可以帮助波形形状得到改善和调整，使波形更加平滑和稳定。

5.温度传感器：隧道二极管的电压与温度呈非线性关系，因此可以用
作温度传感器。

通过测量二极管的电压可以计算出温度值。

总结起来，隧道二极管是一种特殊的二极管，具有负电阻的特性。

它
在高速电路、微波放大器、开关电源、波整理和温度传感器等领域有广泛
的应用。

隧道二极管的特殊工作原理使其成为处理高频、高速和高功率应
用的理想元件。

04第四章脉冲幅度分析

+
ui
当u+< u- =0时, uo= -UOM
R1
R2
u+=0 时翻转，可以求出上下门限电压。
R1R 2R2ui R1R 1R2Uom0
ui
R1 R2
Uom
UH
R1R 2R2ui R1R 1R2Uom0
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
ui
R1 R2
UomUL
23
R
－
+
uo
+
ui
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
UL
0
UH
ui
-Uom
小于回差的干扰不会引起跳转。跳转时，正反馈加速跳转。
分别称UH和UL上下门限电压。称(UH - UL)为回差。
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
16
例：下行迟滞比较器的
ui
输入为正弦波时，画出输出的波形。
UH
ui
R
－
+
uo
+
UL
ui
Uom
R1
R2
-Uom
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
半计数法的依据：脉冲幅度分布符合高斯分布。
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
40
§2 单道脉冲幅度甄别器
工作原理与基本结构
Vi(t)
①
②
道宽VW上阈值 VTH ，来自UVTHVTC
道中心
VTL
VTC，VC
③
t
下阈值
VTL，VL
Vo(t)
道宽 V WV ： TH V TL

开关电路隧道二极管作用

开关电路隧道二极管作用
隧道二极管是一种特殊的电子元件，由于其独特的能带结构和载流子传输机制，使得它在许多电子应用中都有广泛的应用。

以下是隧道二极管在开关电路中的主要作用：
1.整流：隧道二极管具有正向导通、反向截止的特性，可以用于整流电路，将交流电转换为直流电。

在快速变化的环境下，隧道二极管的整流性能尤为突出。

2.信号放大：在某些特定条件下，隧道二极管可以作为放大器使用。

通过控制适当的偏置电压，可以实现小信号的放大。

这种放大功能在低功耗、高响应速度的电路中非常有用。

3.开关控制：隧道二极管的开关特性使得它可以作为开关元件使用。

在正向偏置时，隧道二极管导通；在反向偏置时，它截止。

这种快速的开关响应速度使得隧道二极管在高速数字逻辑电路和快速保护电路中都有重要应用。

4.高速数字逻辑：由于隧道二极管的开关速度快，因此可以用作高速数字逻辑门的输入和输出缓冲器。

这使得隧道二极管在高速数字逻辑电路设计中具有重要地位。

5.快速保护：当电路中出现瞬态高电压时，隧道二极管可以快速导通，起到保护其他元件的作用。

这种快速保护功能使得隧道二极管在保护敏感电子元件免受瞬态电压冲击方面非常有用。

总的来说，开关电路中的隧道二极管以其独特的能带结构和载流子传输机制，实现了整流、信号放大、开关控制、高速数字逻辑和快速保护等功能。

在未来的电子技术发展中，随着新的材料和技术的发展，隧道二极管的应用将更加广泛。

隧道二极管脉冲电路原理及应用电路图

隧道二极管脉冲电路原理及应用电路图由于隧道二极管的脉冲电路，结构简单，变化速度快，功耗小，因此在高速脉冲技术中得到广泛的应用，可以用隧道二极管构成双稳电路，单稳电路，多谐振荡电路，以及用作整形和分频电路等。

一、隧道二极管的伏安特性及其参数隧道二极管的伏安特性[见图一（a）]是一条S型特性曲线。

曲线中最大电流点P，称为峰点；最小电流点V，称为谷点，隧道二极管的主要参数：（1）峰点电压Up，约几十毫伏，谷点电压Uv，约几百毫伏（2）峰点电流Ipi，约几毫安，谷点电流Iv约几百微安（3）峰谷电流比，约为5-6，越大越好（4）谷点电容Cv，几微法至几十微法，越小越好，国产2BS4A：Up=80毫伏，Ip=4毫安，峰谷电流比≥5，Cv=10～15微法，Uv=280毫伏。

图一、隧道二极管的伏安特性图一（b）是常用的隧道二极管脉冲电路，若选取R、E的不同数值，可作三种具有代表性的直流负载线：负载线Ⅰ图一（a)与伏安特性交于低压正阻区a点，它是稳定点，用于构成单稳电路。

负载线Ⅱ与伏安特性相交于负阻区的b点，它是不稳定点，用于构成多谐振荡电路。

负载线Ⅲ与伏安特性交于C、D、E三点，C、E为稳定点，D为不稳定点，用于构成双稳电路，因此，选取不同的静态工作点负载线，就可获得不同类型的脉冲电路。

二、隧道二极管单稳态电路图2、隧道二极管单稳态电路图2（a）是单稳态是路，若调节电位器R1，使由R1//R2及R2E/（R1+R2）作出的负载线I处于低压正阻区内，其静态工作点Q是稳定点（图2（b），这时若无触发脉冲作用，电路处于稳定状态。

但在触发脉冲us作用下，负载线从I移至II，由于隧道不能停留在负阻区，及电感不答应电流突变，所以当电流I增至峰点电流时，就发生如下的恒流跃变：各点变化的电压组成的输出波形如图2（C）所示，脉冲宽度为：ts=（L/RΣ）In[(ET-IvRΣ)/(ET-IpRΣ)](适用于工作在特性曲线低压段）式中：RΣ=RT+R1//R2，RT=Up/IpET=E[R2/(R1+R2)L≈UFts/2(Ip-Iv)脉冲前沿：tr≈Cs[(Uv-UA)/Iv]Cs为隧道二极管的结电容和分布电容三、隧道二极管多谐振荡电路图三、隧道二极管谐振荡器图三（a）为自激多谐振荡电路。

隧穿二极管

隧穿二极管是1958年由日本的L．Esaki提出的，也叫f江崎二极管”。

隧穿二极管是PN结二极管的一种特殊形式，其半导体材料的载流子掺杂浓度为每立方厘米10(19)或1020个原子，这是普通的PN结二极管的1O～1000倍。

由耗尽区形成的势垒特别薄，为3～100A，或10cm。

隧穿二极管的工作原理基于量子力学的隧穿效应，它是一种多数载流子的现象。

一般而言，反向偏置时，PN结器件的电子没有足够的能量来穿越由耗尽区所产生的势垒。

这种情况称为电子被陷在“势阱”中。

因此，在这种情况下，理论上电流为零。

但是如果载流子足够多，耗尽区足够薄，就会发生隧穿效应。

电子会在势垒的一端（也就是，势阱里面）消失而出现在另一端，这样就形成了电流。

换句话说，电子就像从监狱的隧道逃出去的罪犯一样穿过势垒。

这里我们不多解释隧穿效应，因为实际上理论物理学家也无法解释清楚这个现象。

“隧穿”的解释只是对在经典世界没有与之对应的事情的一个量子效应的比喻罢了。

电子并不是真的穿越了势垒，不过是它在这里消失，又在另一端出现。

尽管一个理性的人对这种解释可能不满意，但是我们必须明白“隧穿”仅仅是我们为了理解的方便而构造的一个东西，除非人们对量子世界的认识更进一步。

我们唯一能确定的是当满足一定条件的时候，隧穿效应就会发生。

下面是隧穿效应发生的三个基本条件：（1）半导体材料的掺杂浓度要很高，以保证有大量的多数载流子；（2）耗尽区的厚度要很薄（3～100A）；（3）势垒两端必须有一个满能量的状态和一个同样能级的空状态，这样才可以使隧道载流子从势垒的一端穿越到另一端。

图给出了隧道二极管的电流一电压特性曲线。

我们可以看出这条曲线和一般的电流一电压曲线不同。

一般来说，对于遵循欧姆定律的材料，随着电压的增加电流也增加，电压减小电流也减小。

这样的特性代表的是正电阻（＋R），一般的半导体都表现出这样的特性。

但在隧穿二极管中存在一个负电阻的区域（图中的NRZ），在这个区域内，电压增加时电流却在减小。

1.8 隧道二极管

P P V C V F n P F C V V
n
(峰)
DI (谷) VP
DV
电流-电压特性的实验式为
IV
0
I IP (峰)
VV
V
I = Ip
V V exp 1 V Vp p
qV I 0 exp kT
DI (谷) VP VV
DV V
IV
图 7. 典型隧道二极管的静态电流－电压特性 4 . I 和V 当供给电压大约是 (V )/3时，隧穿电流达到其峰值 Ip,各为峰值电流与峰值电压此时对应的 . p+Vn I 和 V 各为谷底电压. 上图显示不同电压下的器件能带电压称作峰值电压Vp。当正向偏压持续增加(Vp<V<Vv，此Vv为谷底电压 )， p型边尚未被占据的可用能态减少，电流因此变小。最后，两边能带彼此没有交集，此时隧穿电流不再流动，若再持续增加电压的话，一般的热电流将会开始流动(对V>Vv)。
1
2015/3/2
隧道二极管
隧道二极管与量子隧穿现象息息相关，因为穿越器件的隧穿时间非常短，故可应用于毫米波区域，且因为隧道二极管为相当成熟的技术，因此常被应用于特定的低功率微波器件，如局部震荡器和锁频电路隧道二极管是由一简单的 p-n结所组成，而且 p型和 n型都是重掺杂半导体。下图显示隧道二极管的典型静态电流-电压特性。此电流-电压特性是由隧穿电流与热电流两个成分所合成的结果。
V = 0 EC EV EF qV n qV
n PBiblioteka V = VP n p EF EC EV n p
VP < V < VV n p
V > VV n
p qV

用隧道二极管组成的快符合电路

第六卷第二期
龙岩师专学报
(
自然科学版
)
1 9 8 8年 8月
用隧道二极管组成的快符合电路
邱
( 物
仕
理
真
科
)
一
、
绪言在核蝠射测量中
,
有些同位素能量很低 (
“
H
只有
5
.
6 K
e v
) 采用一般的脉冲幅度甄别
,
的方法是很困难的
8
T
:
等组成第二级负反馈放大器其放大倍数
K
一
F 1 ù
R
一
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用隧道二极管组成的快符合电路

作者：邱仕真
作者机构：龙岩师专物理科
出版物刊名：龙岩学院学报
页码： 63-67页
主题词：隧道二极管;符合电路;光电信号;脉冲幅度;探测元件;主要元件;脉冲信号;型线;双管;
放大倍数
摘要：<正> 一、绪言在核幅射测量中,有些同位素能量很低（3H只有5.6Kev）采用一般的脉冲幅度甄别的方法是很困难的。

因为它通过探测元件时所能产生的光电信号很弱,而作为探头的主要元件光电倍增管（其放大倍数K=107～108）,在高压下工作的噪声水平却远大于被测的信号,因此不能用幅度甄别的方法来消除噪声对本底的干扰而取出有用的测量信号(如3H、14C 等产生的脉冲信号)。

为此目前世界上广泛采采用一种双管符合型线路,其基本原理。

隧道二极管伏安特性的分段线性化方法及等效电路

隧道二极管伏安特性的分段线性化方法及其等效电路漯河职业技术学院陈文艺图a 为隧道二极管的伏安特性曲线，在i-u 平面上呈“N ”形。

设两个转折点M 和N 的坐标分别为（U 1，I 1）和（U 2，I 2），P 点的坐标为（U 3，I 3）。

则隧道二极管的伏安特性曲线可用OM 、MN 、及NP 三段直线来近似地表示。

三段直线的斜率分别为：对OM 段：11a U I G =对MN 段：1212b U U I I G --= 对NP 段：2323c U U I I G --= 近似折线MNP 又可分解为图b 所示的三个伏安特性：即直线AOB ；折线EU 1C 和EU 2D 。

设AOB 的斜率为G 1，U 1C 的斜率为G 2，U 2D 的斜率为G 3。

直线AOB 可用电导G 1等效，如图c ，其伏安特性如图d 。

折线EU 1C 可用电导G 2，理想二极管D 1和电压等于U 1的电压源等效，如图e ，其伏安特性如图f 中折线EU 1C 。

折线EU 2D 可用电导G 3，理想二极管D 2和电压等于U 2的电压源等效，如图g ，其伏安特性如图h 中折线EU 2D 。

由于隧道二极管的近似伏安特性OMNP 是由AOB 、EU 1C 、EU 2D 相加而得，所以其等效电路为图c 、图e 、图g 的并联，如图k 。

G 1、G 2和G 3由下面各式确定。

1.当u ≤U 1＜U 2由图k 可以判断D 1和D 2均截止，故可得：i=i 1＝G 1u ，由图a 可得i=G a u,所以G 1＝G a (1)2.当U 1＜u ≤U 2时，由图k 可知D 1导通，D 2截止，所以， i=i 1+i 2=G 1u+G 2(u-U 1)=(G 1+G 2)u-G 2U 1,由图a 可得++i-I 1=G b (u-U 1),因为I 1=G 1U 1=G a U 1,所以 i=G b u+(G a -G b )U 1,故有(G 1+G 2)u-G 2U 1= G b u+(G a -G b )U 1,比较两边系数并注意到G 1＝G a 则有： G 1+G 2=G b ,所以G 2＝G b -G a3.当u ＞U 2＞U 1时，由图k 可知D 1和D 2均导通，所以，i=i 1+i 2+i 3=G 1u+G 2(u-U 1)+G 3(u-U 2)=(G 1+G 2+G 3)u-G 2U 1-G 3U 2,又由图a 可得，i=G c (u-U 2)+I 2 而I 2=I 1+G b (U 2-U 1)=G a U 1+G b (U 2-U 1),所以i= G c (u-U 2)+ G a U 1+G b (U 2-U 1)=G c u-(G b -G a )U 1-(G c -G b )U 2,故应有：(G 1+G 2+G 3)u-G 2U 1-G 3U 2＝G c u-(G b -G a )U 1-(G c -G b )U 2，比较两边系数并注意到G 1=G a ,G 2=G b -G a ,则有G c =G 1+G 2+G 3或G 3＝G c -G b由此可见，若隧道二极管的伏安特性已知，便可计算出G a 、G b 、G c ，进而通过式（1）、（2）、（3）计算出G 1、G 2、G 3，并可作出其等效电路。