Diody a jejich význam pro elektronické obvody

Diodami PIN ve vhodném provedení je možné spínat vf výkony od 1 mW až do 100 kW. Přitom je výkon spotřebovaný k ovládání diody řádu miliwattů.

Tunelová dioda :

Dioda se vyrábí z velmi dotovaného germania nebo arzenidu galia. Proti obyčejné plošné polovodičové diodě má votampérová charakteristika tunelové diody dva výrazné rozdíly. Při polarizaci ve zpětném směru se tunelová dioda chová jako lineární rezistor s malým odporem. V přímém směru její anodový proud vzrůstá nejprve téměř přímo úměrně anodovému napětí. Dosahuje maxima Ip v bodě P při napětí Up asi 0,1 V. Při dalším růstu anodového napětí anodový proud klesá až do bodu V. Při napětí asi 0,3 až 0,4 V se voltampérová charakteristika tunelové diody připojuje k charakteristice běžné germaniové diody nebo diody z arzenidu galia. Je zřejmé, že pro pracovní doby ležící mezi body P a V vykazuje dioda záporný diferenční odpor. Této vlastnosti se dá využít k sestrojení oscilátorů nebo rychlých spínačů. Generované kmity mohou mít velmi vysokou frekvenci – až desítky gigahertzů.

Aplikace tunelových diod přináší řadu nevýhod, a proto se tyto diody v současné době používají jen zřídka.

Gunnova dioda :

V roce 1963 objevil J.B. Gunn zvláštní chování monokrystalu arzenidu galia s nevlastní vodivostí typu N, který je vystaven působení silného el. Pole. Zjistil, že v obvodu diody uspořádané podle obr. Se při zvýšení intenzity el. Pole na kritickou (asi 300 až 400 kV/m) objevují vf periodické proudové kmity s výkonem několika desetin Wattu a frekvencí několika GHz. Frekvence těchto oscilací je nepřímo úměrní tloušťce diody a jen málo závisí na vlastnostech vnějšího obvodu.

Vznik oscilací se vysvětluje záporným diferenciálním odporem diody, jehož příčinou je zvláštní chování elektronů pohybujících se ve vodivostním pásu arsenidu galia nevlastní vodivosti typu N.

Rychlost elektronů v způsobovanou elektrickým polem můžeme vypočítat ve vztahu

Tento vztah dovoluje nakreslit závislost unášivé rychlosti v na intenzitě elektrostatického pole E. Při malé intenzitě pole mají elektrony malou energii, a proto jsou téměř všechny na hladinách s nižší energetickou úrovní. Mají velkou pohyblivost a při zvyšování intenzity pole jejich unášivá rychlost v1 prudce stoupá a jejich kinetická energie roste. Při dosažení kritické intenzity pole získaly elektrony již tak velkou kinetickou energii, která stačí k překonání energetického rozdílu mezi částmi vodivostního pásu. Elektrony přicházejí skokem na dráhy s vyšší úrovní potenciálové energie. Přitom však jejich pohyblivost klesá na hodnotu μ2. Při malé pohyblivosti odpovídá působícímu elektrostatickému poli menší rychlost elektronů. Proto po přeskoku elektronů na hladiny s vyšší energetickou úrovní dochází ke zmenšování jejich unášivé rychlosti. Elektrony jsou prudce zabržděny a při vzrůstu intenzity pole roste jejich rychlost jen velmi málo.