Tunelová dióda je tiež známa ako Eskariho dióda a je to vysoko dotovaný polovodič, ktorý je schopný veľmi rýchlej prevádzky. Leo Esaki vynašiel tunelovú diódu v auguste 1957. Z materiálu germánium sa v zásade vyrába tunelové diódy. Môžu byť tiež vyrobené z arzenidu gália a kremíka. V skutočnosti sa používajú vo frekvenčných detektoroch a prevodníkoch. Tunelová dióda vykazuje vo svojom prevádzkovom rozsahu negatívny odpor. Preto sa dá použiť ako zosilňovač , oscilátory a v akýchkoľvek spínacích obvodoch.

Čo je to tunelová dióda?

Tunelová dióda je Križovatka P-N zariadenie, ktoré vykazuje negatívny odpor. Keď je napätie zvýšené ako prúd, ktorý preteká, klesá. Funguje na princípe tunelovacieho efektu. Dióda Metal-Insulator-Metal (MIM) je ďalším typom tunelovej diódy, ale zdá sa, že jej súčasná aplikácia je obmedzená na výskumné prostredie z dôvodu dedičnosti citlivosti, jeho aplikácie sa považujú za veľmi obmedzené na výskumné prostredia. Volala sa ešte jedna dióda Dióda Metal-Insulator-Insulator-Metal (MIIM) ktorá obsahuje ďalšiu vrstvu izolátora. Tunelová dióda je dvojkoncové zariadenie s polovodičom typu n ako katódou a polovodičom typu p ako anódou. Tunelová dióda symbol obvodu je znázornené nižšie.

Tunelová dióda

Fenomén práce s tunelovou diódou

Na základe teórie klasickej mechaniky musí častica získať energiu, ktorá sa rovná výške potenciálnej energetickej bariéry, ak sa musí pohybovať z jednej strany bariéry na druhú. V opačnom prípade musí byť energia dodávaná z nejakého vonkajšieho zdroja, takže elektróny na jednej strane spojenia N môžu preskočiť cez spojovaciu bariéru a dostať sa na stranu P spoja. Ak je bariéra tenká, napríklad v tunelovej dióde, podľa Schrodingerovej rovnice to znamená, že existuje veľká pravdepodobnosť a potom bariérou prenikne elektrón. Tento proces prebehne bez akejkoľvek straty energie na elektróne. Chovanie kvantovej mechaniky naznačuje tunelovanie. Vysoká nečistota Spojovacie zariadenia P-N sa nazývajú tunelové diódy. Fenomén tunelovania poskytuje väčšinový nosný efekt.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Kde,

„E“ je energia bariéry,
„P“ je pravdepodobnosť, že častica prekoná bariéru,
„W“ je šírka bariéry

Výstavba tunelovej diódy

Dióda má keramické telo a na vrchu hermeticky utesnené veko. Malý plechový bod je legovaný alebo spájkovaný na silne dotovanú peletku typu Ge. Peleta je spájkovaná na anódový kontakt, ktorý sa používa na odvod tepla. Cínová bodka je spojená s katódovým kontaktom cez sieťovinu, ktorá sa používa na redukciu indukčnosť .

Výstavba tunelovej diódy

Prevádzka a jej charakteristiky

Prevádzka tunelovej diódy obsahuje hlavne dve metódy predpätia, ako je dopredná a spätná

Stav skreslenia vpred

Za podmienok predpätia, keď sa zvyšuje napätie, potom prúd klesá a tým sa stáva čoraz viac nesúosovým, čo sa nazýva negatívny odpor. Zvýšenie napätia povedie k prevádzke ako normálna dióda, kde vedenie elektrónov prechádza cez Prechodová dióda P-N . Oblasť záporného odporu je najdôležitejšou oblasťou pôsobenia tunelovej diódy. Charakteristiky tunelovej diódy a normálnej prechodovej diódy P-N sa navzájom líšia.

Podmienka spätného skreslenia

V opačnom stave funguje tunelová dióda ako zadná alebo spätná dióda. Pri nulovom offsetovom napätí môže fungovať ako rýchly usmerňovač. V stave obráteného skreslenia sú prázdne stavy na strane n zarovnané s vyplnenými stavmi na strane p. V opačnom smere budú elektróny tunelovať potenciálnou bariérou. Pre svoje vysoké dopingové koncentrácie funguje tunelová dióda ako vynikajúci vodič.

Charakteristiky tunelovej diódy

Predný odpor je veľmi malý kvôli svojmu tunelovaciemu efektu. Zvýšenie napätia povedie k zvýšeniu prúdu, kým nedosiahne špičkový prúd. Ak sa ale napätie zvýšilo nad špičkové napätie, prúd sa automaticky zníži. Táto oblasť negatívneho odporu prevláda až do bodu údolia. Prúd cez diódu je v bode údolia minimálny. Tunelová dióda funguje ako normálna dióda, ak je za bodom údolia.

Súčasné komponenty v tunelovej dióde

Celkový prúd tunelovej diódy je uvedený nižšie

Ja_t= Ja_robiť+ Ja_dióda+ Ja_prebytok

Prúd prúdiaci v tunelovej dióde je rovnaký ako prúd prúdiaci v normálnej spojovacej dióde PN, ktorý je uvedený nižšie.

Ja_dióda= Ja_robiť* (exp ( ? * V_t)) -1

Ja_robiť - Reverzný saturačný prúd

V._t - Napäťový ekvivalent teploty

V. - Napätie na dióde

the - Korekčný faktor 1 pre Ge a 2 pre Si

Vďaka parazitickému tunelovaniu nečistotami sa vyvinie prebytočný prúd a je to ďalší prúd, pomocou ktorého je možné určiť bod údolia. Tunelovací prúd je uvedený nižšie

Ja_robiť= (V / P₀) * exp (- (V / V₀)^m)

Kde, V.₀ = 0,1 až 0,5 voltu am = 1 až 3

R₀ = Odpor tunelovej diódy

Špičkový prúd, špičkové napätie tunelovej diódy

Špičkové napätie a špičkový prúd tunelovej diódy sú maximálne. Typicky pre tunelovú diódu je pokles napätia viac ako špičkové napätie. A nadprúd a diódový prúd možno považovať za zanedbateľný.

Pre minimálny alebo maximálny diódový prúd

V = V_vrchol, z_robiť/ dV = 0

(1 / P₀) * (exp (- (V / V₀)^m) - (m * (V / V₀)^m* exp (- (V / V₀)^m) = 0

“ako merať kondenzátor pomocou multimetra ”

Potom 1 - m * (V / V₀)^m= 0

Vpeak = (((1 / m)^{(1 / m)}) * V₀* exp (-1 / m)

Maximálna negatívna odolnosť tunelovej diódy

Negatívny odpor malého signálu je uvedený nižšie

R_n= 1 / (dl / dV) = R.₀/ (1 - (m * (V / V₀)^m) * exp (- (V / V₀)^m) / R₀= 0

Ak dI / dV = 0, R_n je teda maximálna

(m * (V / V₀)^m) * exp (- (V / V₀)^m) / R₀= 0

Ak V = V₀* (1 + 1 / m)^{(1 / m)} potom bude maximum, takže rovnica bude

(R._n)_max= - (R.₀* ((exp (1 + m)) / m)) / m

Aplikácie tunelových diód

Vďaka tunelovaciemu mechanizmu sa používa ako prepínač ultra vysokej rýchlosti.
Spínací čas je rádovo nanosekund alebo dokonca pikosekúnd.
Kvôli trojitej hodnote jej krivky od prúdu sa používa ako úložné zariadenie logickej pamäte.
Vďaka extrémne malej kapacite, indukčnosti a negatívnemu odporu sa používa ako mikrovlnný oscilátor na frekvencii asi 10 GHz.
Vďaka negatívnemu odporu sa používa ako obvod relaxačného oscilátora.

typy tunelových diód

Výhody tunelovej diódy

Nízke náklady
Slabý hluk
Ľahká prevádzka
Vysoká rýchlosť
Slaby prud
Necitlivý na jadrové žiarenie

Nevýhody tunelovej diódy

Keďže ide o dvojkoncové zariadenie, neposkytuje izoláciu medzi výstupnými a vstupnými obvodmi.
Rozsah napätia, ktorý je možné správne prevádzkovať pri napätí 1 volt alebo nižšom.

Toto je všetko o Tunelová dióda obvod s operáciami, obvodová schéma a jej aplikácie. Veríme, že informácie uvedené v tomto článku sú užitočné pre lepšie pochopenie tohto projektu. Ďalej akékoľvek otázky týkajúce sa tohto článku alebo pomoc pri implementácii elektrické a elektronické projekty , môžete nás kontaktovať pripojením v sekcii komentárov nižšie. Tu je otázka, aký je hlavný princíp tunelovacieho efektu?

Fotografické úvery: