Тунелният диод е известен също като диод Eskari и е силно легиран полупроводник, който е способен на много бърза работа. Лео Есаки е изобретил тунелния диод през август 1957 г. Германиевият материал се използва основно за направата на тунелни диоди. Те могат също да бъдат направени от галиев арсенид и силициеви материали. Всъщност те се използват в честотни детектори и преобразуватели. Тунелният диод показва отрицателно съпротивление в техния работен обхват. Следователно може да се използва като усилвател , осцилатори и във всякакви комутационни вериги.

Какво е тунелен диод?

Тунелният диод е P-N кръстовище устройство, което показва отрицателна устойчивост. Когато напрежението се увеличи, токът, протичащ през него, намалява. Работи на принципа на тунелния ефект. Диодът Metal-Insulator-Metal (MIM) е друг вид тунелен диод, но настоящото му приложение изглежда ограничено до изследователска среда поради наследствената чувствителност, а приложенията му се считат за много ограничени до изследователски среди. Има още един диод, наречен Метал-изолатор-изолатор-метал (MIIM) диод който включва допълнителен изолационен слой. Тунелният диод е двукрайно устройство с n-тип полупроводник като катод и p-тип полупроводник като анод. Тунелният диод символ на веригата е както е показано по-долу.

Тунелен диод

Тунелен диоден работещ феномен

Въз основа на теорията на класическата механика, частицата трябва да придобие енергия, равна на височината на бариерата с потенциална енергия, ако трябва да се премести от едната страна на бариерата към другата. В противен случай енергията трябва да се доставя от някакъв външен източник, така че N-едностранните електрони на кръстовището могат да прескачат бариерата на кръстовището, за да достигнат P-страната на кръстовището. Ако бариерата е тънка, като например в тунелния диод, според уравнението на Шрьодингер се предполага, че има голямо количество вероятност и тогава електрон ще проникне през бариерата. Този процес ще се случи без загуба на енергия от страна на електрона. Поведението на квантово механичното показва тунелиране. Високо примесите Устройства за свързване P-N се наричат тунелни диоди. Феноменът на тунелиране осигурява ефект на мажоритарен носител.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Където,

„E“ е енергията на бариерата,
‘P’ е вероятността частицата да премине бариерата,
‘W’ е ширината на преградата

Изграждане на тунелен диод

Диодът има керамично тяло и херметически затварящ се капак отгоре. Малка калаена точка е легирана или споена в силно легирана пелета от n-тип Ge. Пелетата е запоена към аноден контакт, който се използва за разсейване на топлината. Калаената точка е свързана с катодния контакт чрез мрежест екран, който се използва за намаляване индуктивността .

Изграждане на тунелен диод

Експлоатация и нейните характеристики

Работата на тунелния диод включва предимно два метода на отклонение като напред и назад

Условие на пристрастие напред

При условие на пристрастие напред, когато напрежението се увеличава, тогава токът намалява и по този начин става все по-неправилно подравнен, известен като отрицателно съпротивление. Увеличаването на напрежението ще доведе до работа като нормален диод, където проводимостта на електроните преминава през Диод за свързване P-N . Регионът с отрицателно съпротивление е най-важният работен регион за тунелен диод. Характеристиките на тунелния диод и нормалния диод за свързване P-N са различни помежду си.

Състояние на обратното пристрастие

При обратното условие тунелният диод действа като заден диод или диод назад. С нулево компенсирано напрежение, той може да действа като бърз токоизправител. В условието на обратното отклонение празните състояния от n-страната са подравнени със запълнените състояния от p-страната. В обратна посока електроните ще преминат през тунел през потенциална бариера. Поради високите си концентрации на допинг, тунелният диод действа като отличен проводник.

Характеристики на тунелните диоди

Съпротивлението напред е много малко поради неговия тунелен ефект. Увеличаването на напрежението ще доведе до увеличаване на тока, докато достигне пиков ток. Но ако напрежението се увеличи над пиковото напрежение, токът автоматично ще намалее. Този регион с отрицателна устойчивост преобладава до точката на долината. Токът през диода е минимален в точката на долината. Тунелният диод действа като нормален диод, ако е извън точката на долината.

Текущи компоненти в тунелен диод

Общият ток на тунелен диод е даден по-долу

Аз_т= Аз_{да направя}+ Аз_диод+ Аз_{излишък}

Токът, протичащ в тунелния диод, е същият като тока, протичащ в нормалния PN диод, който е даден по-долу

Аз_диод= Аз_{направете}* (опит ( ? * V_т)) -1

Аз_{направете} - Обратен ток на насищане

V_т - Напрежение, еквивалентно на температурата

V - Напрежение на диода

на - Корекционен фактор 1 за Ge и 2 за Si

Поради паразитното тунелиране чрез примеси, ще се развие излишният ток и това е допълнителен ток, чрез който може да се определи точката на долината. Тунелният ток е както е дадено по-долу

Аз_{да направя}= (V/R₀) * exp (- (V / V₀)^м)

Където, V₀ = 0,1 до 0,5 волта и m = 1 до 3

R₀ = Съпротивление на тунелен диод

Пиков ток, пиково напрежение на тунелния диод

Пиковото напрежение и пиковият ток на тунелен диод са максимални. Типично за тунелен диод, напрежението на прекъсване е повече от пиковото напрежение. А излишният ток и диодният ток могат да се считат за незначителни.

За минимален или максимален диоден ток

V = V_връх, на_{да направя}/ dV = 0

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

“каква е разликата между ключалка и джапанка ”

След това 1 - m * (V / V₀)^м= 0

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

Максимално отрицателно съпротивление на тунелен диод

Отрицателното съпротивление на малък сигнал е дадено по-долу

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

Ако dI / dV = 0, R_н е максимум, тогава

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

Ако V = V₀* (1 + 1 / м)^{(1 / м)} тогава ще бъде максимално, така че уравнението ще бъде

(R_н)_макс= - (R₀* ((exp (1 + m)) / m)) / m

Приложения за тунелни диоди

Благодарение на тунелния механизъм, той се използва като свръхвисокоскоростен превключвател.
Времето за превключване е от порядъка на наносекунди или дори пикосекунди.
Поради тройната характеристика на своята крива от ток, той се използва като устройство за съхранение на логическа памет.
Поради изключително малък капацитет, индуктивност и отрицателно съпротивление, той се използва като микровълнов генератор на честота около 10 GHz.
Поради отрицателното си съпротивление, той се използва като верига на релаксационен осцилатор.

видове тунелни диоди

Предимства на тунелния диод

Ниска цена
Нисък шум
Лесна работа
Висока скорост
Ниска мощност
Нечувствителен към ядрени лъчения

Недостатъци на тунелния диод

Тъй като е двутерминално устройство, то не осигурява изолация между изходните и входните вериги.
Диапазонът на напрежението, който може да работи правилно в 1 волта или по-ниско.

Това е всичко за Тунелен диод верига с операции, електрическа схема и нейните приложения. Вярваме, че информацията, дадена в тази статия, е полезна за вас за по-добро разбиране на този проект. Освен това, всякакви въпроси относно тази статия или каквато и да е помощ при прилагането на проекти за електричество и електроника , можете да се чувствате свободни да се обърнете към нас, като се свържете в раздела за коментари по-долу. Ето въпрос към вас, какъв е основният принцип на тунелния ефект?

Кредити за снимки: