Tunnelidiodi tunnetaan myös nimellä Eskari-diodi ja se on erittäin seostettu puolijohde, joka pystyy toimimaan erittäin nopeasti. Leo Esaki keksi tunnelidiodin elokuussa 1957. Germanium-materiaalia käytetään periaatteessa tunnelidiodien valmistamiseen. Ne voidaan valmistaa myös galliumarsenidistä ja piimateriaaleista. Itse asiassa niitä käytetään taajuusilmaisimissa ja muuntimissa. Tunnelin diodilla on negatiivinen vastus niiden toiminta-alueella. Siksi sitä voidaan käyttää nimellä vahvistin , oskillaattorit ja mahdolliset kytkentäpiirit.

Mikä on tunnelidiodi?

Tunnelidiodi on P-N risteys laite, jolla on negatiivinen vastus. Kun jännitettä kasvatetaan, sen läpi virtaava virta pienenee. Se toimii tunnelivaikutuksen periaatteella. Metal-Insulator-Metal (MIM) -diodi on toisen tyyppinen tunnelidiodi, mutta sen nykyinen sovellus näyttää rajoittuvan tutkimusympäristöihin perinnöllisten herkkyyksien vuoksi, ja sen sovellusten katsotaan olevan hyvin rajoitettuja tutkimusympäristöihin. On yksi diodi, jota kutsutaan Metal-Insulator-Insulator-Metal (MIIM) -diodi joka sisältää ylimääräisen eristekerroksen. Tunnelidiodi on kaksinapainen laite, jossa n-tyypin puolijohde katodina ja p-tyyppinen puolijohde anodina. Tunnelidiodi piirisymboli on kuten alla on esitetty.

Tunnelidiodi

Tunnelidiodin toimiva ilmiö

Klassisen mekaniikan teorian perusteella hiukkasen on hankittava energia, joka on yhtä suuri kuin potentiaalisen energiaesteen korkeus, jos sen on siirryttävä esteen yhdeltä puolelta toiselle. Muuten energia on toimitettava jostakin ulkoisesta lähteestä, joten risteyksen N-puoliset elektronit voivat hypätä liitosesteen yli päästäkseen risteyksen P-puolelle. Jos este on ohut, kuten tunnelidiodissa, Schrodinger-yhtälön mukaan todennäköisyys on suuri ja sitten elektroni tunkeutuu esteen läpi. Tämä prosessi tapahtuu ilman energian menetystä elektronilta. Kvanttimekaanisen käyttäytyminen osoittaa tunnelointia. Korkea epäpuhtaus P-N-liitäntälaitteet kutsutaan tunnelidiodeiksi. Tunnelointi-ilmiö tuottaa enemmistön kantajavaikutuksen.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Missä,

’E’ on esteen energia,
”P” on todennäköisyys, että hiukkanen ylittää esteen,
’W’ on esteen leveys

Tunnelidiodin rakentaminen

Diodilla on keraaminen runko ja hermeettisesti sulkeva kansi. Pieni tinapiste seostetaan tai juotetaan voimakkaasti seostettuun n-tyypin Ge pellettiin. Pelletti juotetaan anodikontaktiin, jota käytetään lämmön johtamiseen. Tina-piste on kytketty katodikoskettimeen verkkoseulan avulla induktanssi .

Tunnelidiodin rakentaminen

Toiminta ja sen ominaisuudet

Tunnelidiodin toiminta sisältää pääasiassa kahta esijännitysmenetelmää, kuten eteenpäin ja taaksepäin

Eteenpäin ennakkoluulo

Eteenpäin suuntautuvassa esijännitetilassa jännitteen kasvaessa virta pienenee ja tulee siten yhä vääremmäksi, joka tunnetaan negatiivisena vastuksena. Jännitteen kasvu johtaa toimintaan normaalina diodina, jossa elektronien johtuminen kulkee P-N-liitosdiodi . Negatiivisen vastuksen alue on tunnelidiodin tärkein toiminta-alue. Tunnelin diodi ja normaalit P-N-liitosdiodin ominaisuudet eroavat toisistaan.

Käänteinen ennakkoluulo

Käänteisessä tilassa tunnelidiodi toimii takadiodina tai taaksepäin. Nollapoikkeaman jännitteellä se voi toimia nopeana tasasuuntaajana. Käänteisessä esijännitetilassa n-puolen tyhjät tilat ovat linjassa p-puolen täytettyjen tilojen kanssa. Vastakkaiseen suuntaan elektronit tunneloituvat potentiaalisen esteen läpi. Suurten dopingpitoisuuksiensa takia tunnelidiodi toimii erinomaisena johtimena.

Tunnelidiodin ominaisuudet

Etenevastus on hyvin pieni tunnelivaikutuksensa vuoksi. Jännitteen kasvu johtaa virran kasvuun, kunnes se saavuttaa huippuvirran. Mutta jos jännite nousi huippujännitteen yli, virta pienenee automaattisesti. Tämä negatiivinen vastusalue vallitsee laaksoon saakka. Diodin läpi kulkeva virta on minimaalinen laaksopisteessä. Tunnelidiodi toimii normaalina diodina, jos se on laaksopisteen ulkopuolella.

Tunnelidiodin nykyiset komponentit

Tunnelidiodin kokonaisvirta on annettu alla

Minä_t= Minä_tehdä+ I_diodi+ I_{ylimääräinen}

Tunnelidiodissa virtaava virta on sama kuin alla olevassa normaalissa PN-liitosdiodissa virtaava virta

Minä_diodi= Minä_tehdä* (exp ( ? * V_t)) -1

Minä_tehdä - Käänteinen kyllästysvirta

V_t - Lämpötilan jänniteekvivalentti

V - Jännite diodin yli

- Korjauskerroin 1 Ge: lle ja 2 Si: lle

Epäpuhtauksien kautta tapahtuvan loistunneloinnin vuoksi ylivirta kehittyy ja se on lisävirta, jolla laaksopiste voidaan määrittää. Tunnelointivirta on alla annettu

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

Missä, V₀ = 0,1 - 0,5 volttia ja m = 1 - 3

R₀ = Tunnelidiodin vastus

Huippuvirta, tunnelidiodin huippujännite

Tunnelidiodin huippujännite ja huippuvirta ovat suurimmat. Tunnelidiodille tyypillisesti jännitteen katkaisu on enemmän kuin huippujännite. Ja ylivirtaa ja diodivirtaa voidaan pitää merkityksettömänä.

Pienimmälle tai suurimmalle diodivirralle

V = V_huippu, of_tehdä/ dV = 0

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

“kuinka mitata kondensaattori yleismittarilla ”

Sitten 1 - m * (V / V₀)^m= 0

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

Tunnelidiodin suurin negatiivinen vastus

Pienen signaalin negatiivinen vastus on annettu alla

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

Jos dI / dV = 0, R_n on sitten suurin

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

Jos V = V₀* (1 + 1 / m)^{(1 / m)} silloin on suurin, joten yhtälö on

(R_n)_enint= - (R₀* ((exp (1 + m)) / m)) / m

Tunnelidiodisovellukset

Tunnelointimekanismin ansiosta sitä käytetään erittäin suurena nopeuskytkimenä.
Kytkentäaika on luokkaa nanosekuntia tai jopa pikosekuntia.
Koska sen käyrä on kolminkertaisesti arvostettu virrasta, sitä käytetään logiikkamuistilaitteena.
Erittäin pienen kapasitanssin, induktanssin ja negatiivisen vastuksen vuoksi sitä käytetään mikroaaltouunin oskillaattorina taajuudella noin 10 GHz.
Negatiivisen vastuksensa vuoksi sitä käytetään rentoutumisoskillaattoripiirinä.

tunnelidiodien tyypit

Tunnelidiodin edut

Halpa
Matala ääni
Helppo käyttää
Suuri nopeus
Virta vähissä
Herkkä ydinsäteilylle

Tunnelidiodin haitat

Koska se on kaksinapainen laite, se ei eristä lähtö- ja tulopiirejä.
Jännitealue, jota voidaan käyttää oikein 1 voltilla tai alle.

Tässä on kyse Tunnelidiodi piiri toiminnoilla, piirikaavio ja sen sovellukset. Uskomme, että tässä artikkelissa annetut tiedot auttavat sinua ymmärtämään paremmin tätä projektia. Lisäksi kaikki tätä artikkelia koskevat kyselyt tai apu ohjelman toteuttamisessa sähkö- ja elektroniikkaprojektit , voit rohkeasti ottaa yhteyttä meihin ottamalla yhteyttä alla olevaan kommenttiosioon. Tässä on kysymys sinulle, mikä on tunnelointivaikutuksen pääperiaate?

Valokuvahyvitykset: