反向二极管

电路中美峰流很小的隧道二极管

反向二极管（Backward diode）是隧道二极管的变种，是一个峰流很小的隧道二极管。在正向低电压作用区域，隧道电流I很小，因此，实际上它和普通二极管的正向特性相似，但在反向电压作用下，它的电流迅速增加，而且它的温度特性十分稳定。

简介

反向二极管的PN中两侧掺杂浓度处于接近简并或弱简并状况，平衡费米能级十分接近Ec和Ev但并未进入导带和价带，其电流—电压关系的分析与隧道二极管完全类似，在小的正向偏压下，N区导带的电子与P区价带的空态并不处于相同能量水平，没有隧道电流和注人电流。当正向电压较大时，二极管正向导通，随电压增加，电流迅速增加。

反向偏置时，N区导带电子态与P区价带空态处于相同能量水平，发生隧道过程，则在较小的反向偏压下可以有较大的隧道电流，伏安特性曲线如图1所示，即在较小偏压下，反向电流比正向电流大得多，曲线形状好似倒置的普通PN结二极管特性曲线，故称为反向二极管，反向二极管主要用于小信号检波，微波检波与混频。由于它在图1中反向二极管伏安特性零偏压附近电流—电压曲线有较大的曲率，则有比点接触二极管更优越的小信号检波和混频性能。

反向二极管电源基准元件

常常要用到这样一种电源，这个电源是由不加调整的6伏或低于6伏的电源供电。温度补偿齐纳二极管，不能用作电压基准元件。这是因为电压低于6伏它就不能正常工作。正向偏置二极管，虽可用作低压基准元件，但其温度系数（约一0.3%/℃）往往太大。然而，反向二极管和电阻的组合却能有效地解决这个问题。

图1中A所示为一种典型反向二极管伏安特性曲线。如把一适当阻值的电阻R1与反向二极管并联，则网络的电流在约100毫伏的范围内接近恒流特性（图1中 B）。如果再串联一个电阻R2，则保持恒流的电压范围还会扩大（图 1中C）。

图2所示为一种简单的串联稳压电源，它采用反向二极管和电阻组合网络作为基准。晶体管Q1用作串联调整管，晶体管Q1用作误差电压放大器，这和普通电源类似。选择串联电阻R2，使恒流区间的电压与Q2正常工作点上的基极-发射极电压VBE一致。

电阻R3与输出电压之间的关系如下：

Vout=VBE + IV·R3

因此，只要适当选择R3，输出电压就可在VBE和比最小Vim略低的范围内调节。

由于反向二极管和串联电组网络在Q2基极上呈现很大的阻抗，所以输出电压的任何变化都毫无衰减地传给Q2的基极。这和普通电源一样，在那里输出端和Q2基极间接入一分压器。该电路的增益很高，因此提高了电压稳定性和效率；同时还减小了输出阻抗。由于电流基准范围大，所以，采用电流基准，而不采用电压基准，这样可使适用范围扩大。

为了有效地稳压，Q2基极电压必须保持在恒流电压范围内。这样，电路工作的温度范围就受到限制。只要R2采用负温度系数电阻，工作温度范围就可增大。这就使恒流区间的电压与Q2基极—发射极电压保持一致性。

图2所示的实用电源中，与1.3千欧电阻并联的锗反向二极管，其峰值电流为100微安。该网络在100—180毫伏范围内提供的恒流为180微安。

隧道二极管和反向二极管

隧道二极管：它大多由锗、砷化镓、锑化镓作成，其特点是PN结两边的P区和N区掺杂浓度极高，空间电荷区极窄而且很倾斜，当正向电压超过起始电压后会产生负阻效应，而反向由于空间电荷区极窄，所以几乎稍有电压就发生齐纳击穿。主要用途是低噪声放大、振荡及超高速开关，例如负阻振荡器，可得到超高频的弛张振荡。

反向二极管：它是一种特殊的隧道二极管，掺杂浓度比隧道二极管低一些，正向峰值电流较小，由于工作中没有少数载流子参与，故频率与噪声性能很好，主要用于微波混频与检波，特别适用于零偏压小信号检波。

反向二极管检波器和混频器

与通常使用的点接触二极管和混频二极管相比，作检波器用隧道二极管电路的低峰流（常称为反向二极管）具有显著的优越性。主要的优点在于零偏压附近的伏安特性有很大的曲率，尤其是当峰流尚未超过100微安时。与点接触二极管相比，使用反向二极管检波或混频，在零偏压附近可保证有低电平的散粒噪声和1/f噪声，当有小的正向电流流过时，就有最大曲率。偏置在正的斜率范围内还能避免稳定性的问题。

检波器

下表列出了在零偏压下锗反向二极管与加有最佳偏压点接触二极管若干典型的检波特性，以作比较。

可以看到：反向二极管检波器比典型的点接触二极管有较大的短路电流灵敏度β，而它的阻抗大小更适应于宽带电路设计。再者，就β随温度的变化而论，反向二极管检波器也只有点接触二极管的四分之一。

混频器

与点接触二极管相比，反向二极管的一个重要的特点是具有低的1/f噪声，因而能在多普勒雷达系统中用作低噪声混频器，此系统所用的中频在声频范围内。低电平的1/f噪声，可能是由于流过零偏压工作的混频器的电流很小。值得注意，在103一104赫附近，肖脱势垒二极管也有可观的1/f转角噪声，这是与它们的氧化物表面条件有关。虽然常把它们偏置到1毫安正向电流，使输入和输出阻抗减少到100欧姆，但情况仍然是如此。

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