9.3.3. Шум тока инжекции

Когда туннельный диод смещен в верхнюю область положительной проводимости своей вольт-амперной характеристики,, в нем на частотах несколько выще частоты 10 МГц имеется чисто дробовой щум, а на более низких частотах общий уровень, шума превышает уровень дробового шума. Агорайдис и ван-Влайет [1] отнесли шум на низкой частоте к комбинации дробового шума в токе инжекции неосновных носителей и избыточного шума, связанного с избыточным током. Дробовой шум, наблюдаемый на более высоких частотах, - это шум обычного-р - п-перехода, связанный с инжекцией неосновных носителей..

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. Бьн ло также обнаружено, что они имеют определенные преимущества перед усилителями с нелинейной реактивной проводимостью; например, в последнем случае отрицательная проводит 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-Зил и Тамия [32], Хайнс и Андерсон [13], Пенфилд [22], Тиманн [27], Нельсон [21] и снова ван-дер-Зил [30, 31]. Рассмотрение туннельного диода как элемента схемы в общем виде провел Пусел i[23], ббльшая 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, пока зана на рис. 9.3. Емкость С -емкость перехода; -R=-1/G -

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

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

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

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

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

9.4.2. Коэффициент усиления усилителя на туннельном диоде

Эквивалентная схема усилителя на туннельном диоде показана на рис. 9.4. На этом рисунке is{t)-токовый генератор (синусоидального) сигнала с проводимостью Gs; Gt - проводимость нагрузки и L - перестраиваемая индуктивность.

Коэффициент усиления усилителя можно выразить в терминах коэфициента усиления преобразователя ц [11], определяемого как отношение фактической мощности, выделяемой в на

Рис. 9.4. Эквивалентная схема, усилителя на туннельном диоде.

грузке, к достижимой мощности источника. Анализируя рис. 9.4„ видим, что

(9.13).

где it - ток, протекающий через проводимость нагрузки. Далее, если (x)o-ll~]/LC - резонансная угловая частота параллельного" /. - С-соединения на рис. 9.4, непосредственный анализ схемы, показывает, что

iL\ Gil

и отсюда

(Gi + G,-G)+cb-(l-) 4GsGl

1 ш 2 \2.

(Gl + G,-G) + wC\\--

(9.14>

(9.15>

При резонансе, когда (o=iCOo, это выражение переходит в выражение

„ 4GsGl

llo- (Gi + G,-G)2

(9.16>

Здесь подразумевается, что GL+Gs¥=p, в противном случае т]о-оо и усилитель становится неустойчивым.