Tunelová dioda je také známá jako Eskariho dioda a je to vysoce dotovaný polovodič, který je schopen velmi rychlého provozu. Leo Esaki vynalezl tunelovou diodu v srpnu 1957. Z materiálu Germanium se v zásadě vyrábí tunelové diody. Mohou být také vyrobeny z arsenidu gália a křemíkových materiálů. Ve skutečnosti se používají ve frekvenčních detektorech a převaděčích. Tunelová dioda vykazuje ve svém provozním rozsahu negativní odpor. Proto jej lze použít jako zesilovač , oscilátory a v jakýchkoli spínacích obvodech.

Co je to tunelová dioda?

Tunelová dioda je P-N křižovatka zařízení, které vykazuje negativní odpor. Když se napětí zvýší, než protéká proud, klesá. Funguje na principu tunelového efektu. Dioda Metal-Insulator-Metal (MIM) je dalším typem tunelové diody, ale její současná aplikace se zdá být omezena na výzkumná prostředí kvůli dědičným citlivostem, její aplikace jsou považovány za velmi omezené na výzkumná prostředí. Volala se ještě jedna dioda Dioda Metal-Insulator-Insulator-Metal (MIIM) který obsahuje další vrstvu izolátoru. Tunelová dioda je dvoukoncové zařízení s polovodičem typu n jako katodou a polovodičem typu p jako anoda. Tunelová dioda symbol obvodu je znázorněno níže.

Tunelová dioda

Fenomén práce s tunelovou diodou

Na základě teorie klasické mechaniky musí částice získat energii, která se rovná výšce potenciální energetické bariéry, pokud se musí pohybovat z jedné strany bariéry na druhou. V opačném případě musí být energie dodávána z nějakého vnějšího zdroje, takže elektrony na straně spojení N mohou přeskakovat přes bariéru spojení a dosáhnout na stranu P spojení. Je-li bariéra tenká, jako například v tunelové diodě, podle Schrodingerovy rovnice to znamená, že existuje velká pravděpodobnost a že bariérou pronikne elektron. Tento proces proběhne bez jakékoli ztráty energie na elektronu. Chování kvantové mechaniky naznačuje tunelování. Vysoká nečistota Spojovací zařízení P-N se nazývají tunelové diody. Fenomén tunelování poskytuje většinový nosný efekt.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Kde,

„E“ je energie bariéry,
„P“ je pravděpodobnost, že částice překročí bariéru,
„W“ je šířka bariéry

Stavba tunelové diody

Dioda má keramické tělo a nahoře hermeticky uzavřené víko. Malá cínová tečka je legována nebo pájena na silně dotovanou peletu typu n Ge. Peleta je pájena na anodový kontakt, který se používá pro odvod tepla. Cínová tečka je připojena ke katodovému kontaktu pomocí síta, které se používá k redukci indukčnost .

Stavba tunelové diody

Provoz a jeho charakteristiky

Provoz tunelové diody zahrnuje hlavně dvě metody předpětí, jako je dopředu a dozadu

Podmínka předpětí

Pod podmínkou dopředného zkreslení, jak se zvyšuje napětí, klesá aktuální proud a tím se stává stále více nevyrovnaný, známý jako negativní odpor. Zvýšení napětí povede k tomu, že bude fungovat jako normální dioda, kde vedení elektronů prochází přes P-N spojovací dioda . Oblast záporného odporu je nejdůležitější provozní oblastí tunelové diody. Charakteristiky tunelové diody a normální přechodové diody P-N se navzájem liší.

Podmínka zpětného zkreslení

V opačném stavu funguje tunelová dioda jako zadní dioda nebo zpětná dioda. S nulovým offsetovým napětím může fungovat jako rychlý usměrňovač. Ve stavu obráceného předpětí jsou prázdné stavy na straně n zarovnány s vyplněnými stavy na straně p. V opačném směru budou elektrony tunelovat potenciální bariérou. Díky vysoké dopingové koncentraci funguje tunelová dioda jako vynikající vodič.

Vlastnosti tunelové diody

Dopředu odpor je velmi malý, protože jeho tunelovací účinek. Zvýšení napětí povede ke zvýšení proudu, dokud nedosáhne špičkového proudu. Pokud však napětí vzrostlo nad špičkové napětí, proud se automaticky sníží. Tato oblast negativního odporu převládá až do bodu údolí. Proud přes diodu je v bodě údolí minimální. Tunelová dioda funguje jako normální dioda, pokud je za bodem údolí.

Aktuální komponenty v tunelové diodě

Celkový proud tunelové diody je uveden níže

Já_t= Já_dělat+ Já_dioda+ Já_přebytek

Proud tekoucí tunelovou diodou je stejný jako proud tekoucí normální přechodovou diodou PN, který je uveden níže

Já_dioda= Já_dělat* (exp ( ? * V_t)) -1

Já_dělat - Reverzní saturační proud

PROTI_t - Napěťový ekvivalent teploty

PROTI - Napětí přes diodu

the - Korekční faktor 1 pro Ge a 2 pro Si

Díky parazitnímu tunelování nečistotami bude vyvinut nadměrný proud a je to další proud, kterým lze určit bod údolí. Tunelovací proud je uveden níže

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

Kde, PROTI₀ = 0,1 až 0,5 voltu am = 1 až 3

R₀ = Odpor tunelové diody

Špičkový proud, špičkové napětí tunelové diody

Špičkové napětí a špičkový proud tunelové diody jsou maximální. Typicky pro tunelovou diodu je pokles napětí větší než špičkové napětí. A nadměrný proud a diodový proud lze považovat za zanedbatelný.

Pro minimální nebo maximální proud diody

V = V_vrchol, z_dělat/ dV = 0

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

“jednopólový vysokoprůchodový filtr ”

Poté 1 - m * (V / V₀)^m= 0

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

Maximální negativní odpor tunelové diody

Negativní odpor malého signálu je uveden níže

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

Pokud dI / dV = 0, R_n je tedy maximální

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

Li V = V₀* (1 + 1 / m)^{(1 / m)} pak bude maximum, takže rovnice bude

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

Tunelové diodové aplikace

Díky tunelovacímu mechanismu se používá jako ultrarychlý spínač.
Spínací čas je řádově nanosekund nebo dokonce pikosekund.
Vzhledem ke trojité hodnotě jeho křivky od proudu se používá jako paměťové zařízení logické paměti.
Vzhledem k extrémně malé kapacitě, indukčnosti a negativnímu odporu se používá jako mikrovlnný oscilátor na frekvenci asi 10 GHz.
Díky negativnímu odporu se používá jako obvod relaxačního oscilátoru.

typy tunelových diod

Výhody tunelové diody

Nízké náklady
Nízká hlučnost
Snadná obsluha
Vysoká rychlost
Nízký výkon
Necitlivý na jaderné záření

Nevýhody tunelové diody

Jelikož je zařízení se dvěma terminály, neposkytuje žádnou izolaci mezi výstupními a vstupními obvody.
Rozsah napětí, který lze správně provozovat při napětí 1 volt nebo nižším.

To je všechno o Tunelová dioda obvod s operacemi, obvodové schéma a jeho aplikace. Věříme, že informace uvedené v tomto článku jsou užitečné pro lepší pochopení tohoto projektu. Dále jakékoli dotazy týkající se tohoto článku nebo pomoc při implementaci elektrické a elektronické projekty , můžete nás kontaktovat připojením v sekci komentářů níže. Zde je otázka, jaký je hlavní princip tunelového efektu?

Fotografické kredity: