Tuneļa diode ir pazīstama arī kā Eskari diode, un tas ir ļoti leģēts pusvadītājs, kas spēj ļoti ātri darboties. Leo Esaki izgudroja tuneļa diodi 1957. gada augustā. Germāna materiālu galvenokārt izmanto tuneļa diodes ražošanai. Tos var izgatavot arī no gallija arsenīda un silīcija materiāliem. Patiesībā tos izmanto frekvenču detektoros un pārveidotājos. Tuneļa diode to darbības diapazonā uzrāda negatīvu pretestību. Tāpēc to var izmantot kā pastiprinātājs , oscilatori un jebkuras komutācijas ķēdes.

Kas ir tuneļa diode?

Tuneļa diode ir P-N krustojums ierīce, kurai ir negatīva pretestība. Kad spriegums tiek palielināts, nekā caur to plūstošā strāva samazinās. Tas darbojas pēc tuneļa efekta principa. Metāla izolatora-metāla (MIM) diode ir vēl viens tuneļa diodes veids, taču šķiet, ka tā pašreizējais pielietojums ir ierobežots tikai pētniecības vidēs, jo tā ir iedzimta jutība, un tiek uzskatīts, ka tās pielietojums ir ļoti ierobežots tikai pētniecības vidēs. Ir vēl viens diods, ko sauc Metāla izolatora-izolatora-metāla (MIIM) diode kas ietver papildu izolatora slāni. Tuneļa diode ir divu termināļu ierīce ar n tipa pusvadītāju kā katodu un p tipa pusvadītāju kā anodu. Tuneļa diode ķēdes simbols ir kā parādīts zemāk.

Tuneļa diode

Tuneļa diodes darba parādība

Balstoties uz klasiskās mehānikas teoriju, daļiņai jāiegūst enerģija, kas ir vienāda ar potenciālās enerģijas barjeras augstumu, ja tai jāpārvietojas no vienas barjeras puses uz otru. Pretējā gadījumā enerģija ir jāpiegādā no kāda ārēja avota, tāpēc krustojuma N puses elektroni var pārlekt pāri krustojuma barjerai, lai sasniegtu krustojuma P pusi. Ja barjera ir plāna, piemēram, tuneļa diodē, saskaņā ar Šrodingera vienādojumu tas nozīmē, ka ir liela varbūtība un tad caur barjeru iekļūs elektrons. Šis process notiks bez enerģijas zudumiem no elektrona puses. Kvantu mehāniskā darbība norāda uz tuneļa veidošanos. Augsts piemaisījums P-N savienojuma ierīces tiek saukti par tuneļa diodēm. Tuneļa parādība nodrošina lielāko nesēja efektu.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Kur,

‘E’ ir barjeras enerģija,
“P” ir varbūtība, ka daļiņa šķērso barjeru,
‘W’ ir barjeras platums

Tuneļa diode būvniecība

Diodei ir keramikas korpuss un hermētiski noslēgts vāks uz augšu. Neliels alvas punkts ir sakausēts vai pielodēts n-veida Ge granulām ar lielu piedevu. Granula tiek pielodēta pie anoda kontakta, ko izmanto siltuma izkliedēšanai. Alvas punkts ir savienots ar katoda kontaktu, izmantojot acu sietu, lai samazinātu induktivitāte .

Tuneļa diode būvniecība

Darbība un tās raksturojums

Tuneļa diodes darbība galvenokārt ietver divas novirzes metodes, piemēram, uz priekšu un atpakaļ

Uz priekšu aizspriedumu stāvoklis

Priekšējā slīpuma apstākļos, palielinoties spriegumam, strāva samazinās un tādējādi kļūst arvien nepareizāka, ko sauc par negatīvu pretestību. Sprieguma pieaugums novedīs pie tā, ka tas darbojas kā parasts diode, kur elektronu vadītspēja virzās pāri P-N savienojuma diode . Negatīvās pretestības reģions ir vissvarīgākais tuneļa diode darbības apgabals. Tuneļa diode un parasto P-N savienojuma diode raksturlielumi atšķiras.

Reverss novirzes stāvoklis

Reversā stāvoklī tuneļa diode darbojas kā aizmugures vai aizmugures diode. Ar nulles nobīdes spriegumu tas var darboties kā ātrs taisngriezis. Pretējā novirzes stāvoklī tukšie stāvokļi n pusē ir izlīdzināti ar piepildītajiem stāvokļiem p pusē. Pretējā virzienā elektroni tuneļos caur potenciālo barjeru. Tā kā tuneļa diode ir augsta dopinga koncentrācija, tā darbojas kā lielisks vadītājs.

Tuneļa diodes raksturojums

Tuneļa efekta dēļ pretestība uz priekšu ir ļoti maza. Sprieguma palielināšanās novedīs pie strāvas pieauguma, līdz tā sasniegs maksimālo strāvu. Bet, ja spriegums palielinās virs maksimālā sprieguma, strāva automātiski samazināsies. Šis negatīvās pretestības reģions valda līdz ielejas punktam. Strāva caur diode ir minimāla ielejas punktā. Tuneļa diode darbojas kā parasta diode, ja tā atrodas ārpus ielejas punkta.

Pašreizējie komponenti tuneļa diode

Tuneļa diode kopējā strāva ir norādīta zemāk

Es_t= Es_darīt+ Es_diode+ Es_pārmērība

Tuneļa diode plūstošā strāva ir tāda pati kā strāva, kas plūst parastajā PN savienojuma diodē, kas norādīta zemāk

Es_diode= Es_darīt* (derīgs ( ? * V_t)) -1

Es_darīt - apgrieztā piesātinājuma strāva

V_t - temperatūras sprieguma ekvivalents

V - spriegums pāri diodei

- 1. korekcijas koeficients Ge un 2 Si

Sakarā ar parazītisko tuneļu veidošanos, izmantojot piemaisījumus, tiks izveidota liekā strāva, un tā ir papildu strāva, pēc kuras var noteikt ielejas punktu. Tuneļa strāva ir tāda, kā norādīts zemāk

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

Kur, V₀ = 0,1 līdz 0,5 volti un m = 1 līdz 3

R₀ = Tuneļa diode pretestība

Tuneļa diode maksimālā strāva, maksimālais spriegums

Tuneļa diode maksimālais spriegums un maksimālā strāva ir maksimāla. Parasti tuneļa diodei sprieguma samazinājums ir lielāks par maksimālo spriegumu. Un lieko strāvu un diodes strāvu var uzskatīt par nenozīmīgu.

Par minimālo vai maksimālo diodes strāvu

V = V_virsotne, no_darīt/ dV = 0

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

“pastiprinošā transformatora izmantošana ”

Tad 1 - m * (V / V₀)^m= 0

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

Tuneļa diode maksimālā negatīvā pretestība

Neliela signāla negatīvā pretestība ir norādīta zemāk

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

Ja dI / dV = 0, R_n ir maksimālais, tad

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

Ja V = V₀* (1 + 1 / m)^{(1 / m)} tad būs maksimums, tātad vienādojums būs

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

Tuneļa diodes lietojumi

Tuneļošanas mehānisma dēļ to izmanto kā īpaši ātrgaitas slēdzi.
Pārslēgšanās laiks ir nanosekundes vai pat pikosekundes.
Pateicoties trīskāršotajai līknes iezīmei no strāvas, to izmanto kā loģiskās atmiņas atmiņas ierīci.
Īpaši mazas kapacitātes, induktivitātes un negatīvās pretestības dēļ to izmanto kā mikroviļņu oscilatoru ar frekvenci aptuveni 10 GHz.
Negatīvās pretestības dēļ to izmanto kā relaksācijas oscilatora ķēdi.

tuneļa diodes veidi

Tuneļa diode priekšrocības

Lēts
Zems trokšņa līmenis
Darbības vienkāršība
Liels ātrums
Zema jauda
Nejutīgs pret kodolstarojumu

Tuneļa diode trūkumi

Tā kā tā ir divu termināļu ierīce, tā nenodrošina izejas un ieejas ķēžu izolāciju.
Sprieguma diapazons, kuru var pareizi darbināt ar 1 voltu vai zemāku.

Tas viss ir par Tuneļa diode shēma ar darbībām, shēma un tās pielietojums. Mēs uzskatām, ka šajā rakstā sniegtā informācija ir noderīga, lai jūs labāk izprastu šo projektu. Turklāt visi jautājumi par šo rakstu vai palīdzība programmas ieviešanā elektrotehnikas un elektronikas projekti , varat droši vērsties pie mums, izveidojot savienojumu zemāk esošajā komentāru sadaļā. Šeit ir jautājums jums, kāds ir tunelēšanas efekta galvenais princips?

Foto kredīti: