Dioda tunelowa jest również znana jako dioda Eskari i jest silnie domieszkowanym półprzewodnikiem, który jest zdolny do bardzo szybkiej pracy. Leo Esaki wynalazł diodę Tunnel w sierpniu 1957 roku. Materiał germanowy jest zasadniczo używany do produkcji diod tunelowych. Mogą być również wykonane z arsenku galu i materiałów silikonowych. W rzeczywistości są używane w detektorach częstotliwości i przetwornicach. Dioda Tunnel wykazuje ujemną rezystancję w swoim zakresie roboczym. Dlatego może być używany jako plik wzmacniacz , oscylatory i we wszelkich obwodach przełączających.

Co to jest dioda tunelowa?

Dioda tunelowa to Połączenie P-N urządzenie wykazujące ujemny opór. Wraz ze wzrostem napięcia zmniejsza się przepływający przez nie prąd. Działa na zasadzie efektu tunelowania. Dioda metal-izolator-metal (MIM) to inny rodzaj diody tunelowej, ale jej obecne zastosowanie wydaje się być ograniczone do środowisk badawczych ze względu na dziedziczenie wrażliwości, a jej zastosowania są uważane za bardzo ograniczone do środowisk badawczych. Jest jeszcze jedna dioda o nazwie Dioda metal-izolator-izolator-metal (MIIM) który zawiera dodatkową warstwę izolacyjną. Dioda tunelowa jest urządzeniem dwuzaciskowym z półprzewodnikiem typu n jako katodą i półprzewodnikiem typu p jako anodą. Dioda tunelowa symbol obwodu jest jak pokazano poniżej.

Dioda tunelowa

Zjawisko pracy diody tunelowej

Opierając się na teorii mechaniki klasycznej, cząstka musi uzyskać energię równą wysokości potencjalnej bariery energetycznej, jeśli ma przejść z jednej strony bariery na drugą. W przeciwnym razie energia musi być dostarczona z jakiegoś zewnętrznego źródła, aby elektrony po stronie N złącza mogły przeskoczyć barierę złącza, aby dotrzeć do strony P złącza. Jeśli bariera jest cienka, na przykład w diodzie tunelowej, z równania Schrodingera wynika, że istnieje duże prawdopodobieństwo, a następnie elektron przeniknie przez barierę. Ten proces będzie się odbywał bez utraty energii ze strony elektronu. Zachowanie mechaniki kwantowej wskazuje na tunelowanie. Wysoka nieczystość Urządzenia węzłowe P-N nazywane są diodami tunelowymi. Zjawisko tunelowania zapewnia większość efektu nośnego.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Gdzie,

„E” to energia bariery,
„P” to prawdopodobieństwo, że cząstka przekroczy barierę,
„W” to szerokość bariery

Budowa diody tunelowej

Dioda ma ceramiczną obudowę i hermetycznie zamykaną pokrywę na górze. Mała cynowa kropka jest stopowana lub przylutowywana do silnie domieszkowanego granulatu typu n Ge. Pellet jest przylutowany do styku anodowego, który służy do odprowadzania ciepła. Blaszana kropka jest połączona z kontaktem katody za pośrednictwem siatki ekranującej, która służy do redukcji indukcyjność .

Budowa diody tunelowej

Działanie i jego charakterystyka

Działanie diody tunelowej obejmuje głównie dwie metody polaryzacji, takie jak do przodu i do tyłu

Warunek odchylenia do przodu

W warunkach polaryzacji do przodu, wraz ze wzrostem napięcia, prąd maleje, a tym samym staje się coraz mniej wyrównany, co jest określane jako rezystancja ujemna. Wzrost napięcia doprowadzi do działania normalnej diody, w której przewodzenie elektronów przemieszcza się przez Dioda złącza P-N . Obszar o ujemnej rezystancji jest najważniejszym obszarem pracy diody Tunnel. Charakterystyka diody Tunnel i normalnej diody złączowej P-N różnią się od siebie.

Warunek odwrotnego odchylenia

W stanie odwrotnym dioda tunelowa działa jako dioda tylna lub dioda wsteczna. Przy zerowym przesunięciu napięcia może działać jako szybki prostownik. W warunku odwrotnego odchylenia, puste stany po stronie n są wyrównane ze stanami wypełnienia po stronie p. W odwrotnym kierunku elektrony przechodzą przez potencjalną barierę. Ze względu na wysokie stężenia domieszkowania dioda tunelowa działa jako doskonały przewodnik.

Charakterystyka diody tunelowej

Opór do przodu jest bardzo mały ze względu na efekt tunelowania. Wzrost napięcia doprowadzi do wzrostu prądu, aż osiągnie prąd szczytowy. Ale jeśli napięcie wzrośnie powyżej napięcia szczytowego, prąd zmniejszy się automatycznie. Ten negatywny region oporu panuje aż do punktu doliny. Prąd przepływający przez diodę jest minimalny w dolnym punkcie. Dioda tunelowa działa jak normalna dioda, jeśli znajduje się poza punktem dolnym.

Bieżące komponenty w diodzie tunelowej

Całkowity prąd diody tunelowej podano poniżej

ja_t= Ja_{do zrobienia}+ I_dioda+ I_nadmiar

Prąd płynący w diodzie tunelowej jest taki sam, jak prąd płynący w normalnej diodzie złączowej PN, którą podano poniżej

ja_dioda= Ja_zrobić* (exp ( ? * V_t)) -1

ja_zrobić - Odwróć prąd nasycenia

V_t - Napięciowy odpowiednik temperatury

V - Napięcie na diodzie

the - Współczynnik korygujący 1 dla Ge i 2 dla Si

Ze względu na pasożytnicze tunelowanie przez zanieczyszczenia powstanie nadmiar prądu i jest to dodatkowy prąd, za pomocą którego można wyznaczyć dolinę. Prąd tunelowania jest taki, jak podano poniżej

ja_{do zrobienia}= (V / R₀) * exp (- (V / V₀)^m)

Gdzie, V₀ = 0,1 do 0,5 V im = 1 do 3

R₀ = Rezystancja diody tunelowej

Prąd szczytowy, napięcie szczytowe diody tunelowej

Szczytowe napięcie i szczytowy prąd diody tunelowej są maksymalne. Zazwyczaj w przypadku diody Tunnel odcięcie napięcia jest większe niż napięcie szczytowe. Prąd nadmiarowy i prąd diody można uznać za pomijalne.

Minimalny lub maksymalny prąd diody

V = V_szczyt, z_{do zrobienia}/ dV = 0

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

“jak zmierzyć kondensator multimetrem? ”

Następnie 1 - m * (V / V₀)^m= 0

Vszczyt = ((1 / m)^{(1 / m)}) * V.₀* exp (-1 / m)

Maksymalna ujemna rezystancja diody tunelowej

Poniżej podano ujemną rezystancję małego sygnału

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

Jeśli dI / dV = 0, R_n jest więc maksymalna

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

Gdyby V = V₀* (1 + 1 / m)^{(1 / m)} wtedy będzie maksimum, więc równanie będzie

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

Zastosowania diod tunelowych

Ze względu na mechanizm tunelowania jest używany jako ultra szybki przełącznik.
Czas przełączania jest rzędu nanosekund lub nawet pikosekund.
Ze względu na potrójną wartość krzywej od prądu, jest używany jako urządzenie pamięci logicznej.
Ze względu na wyjątkowo małą pojemność, indukcyjność i ujemną rezystancję jest używany jako oscylator mikrofalowy o częstotliwości około 10 GHz.
Ze względu na swoją ujemną rezystancję jest używany jako obwód oscylatora relaksacyjnego.

rodzaje diod tunelowych

Zalety diody tunelowej

Niska cena
Niski dźwięk
Łatwość obsługi
Wysoka prędkość
Niska moc
Niewrażliwy na promieniowanie jądrowe

Wady diody tunelowej

Będąc urządzeniem z dwoma zaciskami, nie zapewnia izolacji między obwodami wyjściowymi i wejściowymi.
Zakres napięcia, który może działać prawidłowo przy 1 V lub poniżej.

Chodzi o Dioda tunelowa obwód z działaniami, schemat i jego zastosowania. Uważamy, że informacje podane w tym artykule są pomocne dla lepszego zrozumienia tego projektu. Ponadto wszelkie pytania dotyczące tego artykułu lub pomoc we wdrażaniu projekty elektryczne i elektroniczne , możesz skontaktować się z nami, łącząc się w sekcji komentarzy poniżej. Oto pytanie do Ciebie, jaka jest główna zasada efektu tunelowania?

Kredyty fotograficzne: