Tunneldiood on tuntud ka kui Eskari diood ja see on väga adopeeritud pooljuht, mis on võimeline töötama väga kiiresti. Leo Esaki leiutas tunneli dioodi augustis 1957. Germaaniumi materjali kasutatakse põhiliselt tunneldioodide valmistamiseks. Neid saab valmistada ka galliumarseniidist ja räni materjalidest. Tegelikult kasutatakse neid sagedusdetektorites ja muundurites. Tunneli dioodil on nende tööpiirkonnas negatiivne takistus. Seetõttu saab seda kasutada kui võimendi , ostsillaatorid ja kõik lülitusahelad.

Mis on tunnelidiood?

Tunnelidiood on P-N ristmik seade, millel on negatiivne takistus. Pinge suurendamisel väheneb selle kaudu voolav vool. See töötab tunnelite efekti põhimõttel. Metal-Insulator-Metal (MIM) diood on veel üks tunneli dioodi tüüp, kuid selle praegune rakendus näib päriliku tundlikkuse tõttu piirduvat uurimiskeskkondadega, selle rakendusi peetakse väga piiratud teaduskeskkondadeks. On veel üks diood, mida nimetatakse Metalli-isolaatori-isolaatori-metalli (MIIM) diood mis sisaldab täiendavat isolaatorikihti. Tunnelidiood on kahe otsaga seade, mille katoodina on n-tüüpi pooljuht ja anoodina p-tüüpi pooljuht. Tunnelidiood vooluahela sümbol on nagu allpool näidatud.

Tunnelidiood

Tunnelidioodi töönähtus

Klassikalise mehaanika teooria põhjal peab osake omandama energiat, mis on võrdne potentsiaalse energiabarjääri kõrgusega, kui see peab liikuma tõkke ühelt küljelt teisele. Vastasel juhul tuleb energiat varustada mõnest välisest allikast, nii et ristmiku N-poolsed elektronid võivad ristmiku P-pooleni jõudmiseks hüpata üle ristmiku tõkke. Kui barjäär on õhuke, näiteks tunnelidioodis, tähendab Schrodingeri võrrandi kohaselt tõenäosust palju ja seejärel tungib barjäärist läbi elektron. See protsess toimub ilma elektroni energiakadudeta. Kvantmehaanika käitumine näitab tunnelimist. Suure lisandiga P-N ühendusseadmed nimetatakse tunnel-dioodideks. Tunnelite nähtus annab enamuse kandjaefekti.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Kus

‘E’ on tõkke energia,
P on tõenäosus, et osake ületab tõkke,
‘W’ on tõkke laius

Tunnelidioodi ehitamine

Dioodil on keraamiline korpus ja peal hermeetiliselt sulgev kaas. Väike tina täpp sulatatakse või joodetakse tugevalt legeeritud n-tüüpi Ge graanulile. Pellet joodetakse anoodkontaktini, mida kasutatakse soojuse hajutamiseks. Tina-punkt on ühendatud katoodi kontaktiga võrgusilma abil, et vähendada induktiivsus .

Tunnelidioodi ehitamine

Toimimine ja selle omadused

Tunnelidioodi töö hõlmab peamiselt kahte kallutamismeetodit nagu edasi ja tagasi

Edasi kallutatud seisund

Ettepoole suunatud kallutatuse tingimustes, kui pinge suureneb, siis vool väheneb ja muutub seeläbi järjest valemaks, mida nimetatakse negatiivseks takistuseks. Pinge suurenemine toob kaasa töötamise tavalise dioodina, kus elektronide juhtivus liigub üle P-N ristmiku diood . Negatiivse takistuse piirkond on tunneli dioodi jaoks kõige olulisem tööpiirkond. Tunneli dioodi ja normaalse P-N ristmiku dioodi omadused erinevad üksteisest.

Tagurpidi kallutatud seisund

Vastupidises olukorras toimib tunneli diood tagumise dioodina või tagurpidi dioodina. Nullnihkepinge korral võib see toimida kiire alaldina. Tagurpidi kallutatud olekus joonduvad n-poolsed tühjad olekud p-poolel täidetud olekutega. Vastassuunas tunneldavad elektronid läbi potentsiaalse tõkke. Kõrge dopingukontsentratsiooni tõttu toimib tunnelidiood suurepärase juhina.

Tunnelidioodi omadused

Vastupidavus ettepoole on selle tunneli mõju tõttu väga väike. Pinge suurenemine viib voolu suurenemiseni, kuni see jõuab tippvooluni. Kuid kui pinge tõuseb üle tipp-pinge, väheneb vool automaatselt. See negatiivse takistuse piirkond valitseb kuni orupunktini. Dioodi läbiv vool on oru punktis minimaalne. Tunnelidiood toimib tavalise dioodina, kui see asub orupunktist väljapoole.

Tunneli dioodi praegused komponendid

Allpool on toodud tunneli dioodi kogu vool

Mina_t= Mina_tegema+ I_diood+ I_ülejääk

Tunnelidioodis voolav vool on sama kui tavalises PN-ristmikdioodis voolav vool, mis on toodud allpool

Mina_diood= Mina_tegema* (exp ( ? * V_t)) -1

Mina_tegema - vastupidine küllastusvool

V_t - temperatuuri pinge ekvivalent

V - Pinge üle dioodi

- Parandustegur 1 Ge jaoks ja 2 Si jaoks

Parasiitsete tunnelite tõttu lisandite kaudu tekib ülevool ja see on lisavool, mille abil saab oru punkti määrata. Tunnelivool on järgmine

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

Kus V₀ = 0,1 kuni 0,5 volti ja m = 1 kuni 3

R₀ = Tunnelidioodi takistus

Tippvool, tunneldioodi tipppinge

Tunnelidioodi tipppinge ja -vool on maksimaalsed. Tunneli dioodi puhul on pinge sisselõige tipptasemest suurem. Ja liigvoolu ja dioodivoolu võib pidada tühiseks.

Minimaalse või maksimaalse dioodivoolu jaoks

V = V_tipp, of_tegema/ dV = 0

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

“mis on scada võrk ”

Seejärel 1 - m * (V / V₀)^m= 0

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

Tunnelidioodi maksimaalne negatiivne takistus

Väikese signaali negatiivne takistus on toodud allpool

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

Kui dI / dV = 0, R_n on siis maksimaalne

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

Kui V = V₀* (1 + 1 / m)^{(1 / m)} siis on maksimaalne, nii et võrrand on

(R_n)_max= - (R₀* ((eksp (1 + m)) / m)) / m

Tunnelidioodirakendused

Tunnelimehhanismi tõttu kasutatakse seda ülikiire lülitina.
Lülitusaeg on suurusjärgus nanosekundit või isegi pikosekundit.
Tänu voolu kõvera kolmekordselt hinnatud funktsioonile kasutatakse seda loogilise mälu salvestusseadmena.
Äärmiselt väikese mahtuvuse, induktiivsuse ja negatiivse takistuse tõttu kasutatakse seda mikrolaine ostsillaatorina sagedusel umbes 10 GHz.
Negatiivse takistuse tõttu kasutatakse seda lõdvestusosillaatori ahelana.

tunnelidioodide tüübid

Tunnelidioodi eelised

Odav
Madal müratase
Töö lihtsus
Suur kiirus
Väike võimsus
Tundetu tuumakiirguse suhtes

Tunnelidioodi puudused

Kuna tegemist on kaheterminalise seadmega, ei eralda see väljund- ja sisendahelat.
Pinge vahemik, mida saab korralikult töötada 1 voltis või vähem.

See kõik on seotud Tunnelidiood ahel koos toimingutega, skeem ja selle rakendused. Usume, et selles artiklis toodud teave on teile abiks projekti paremaks mõistmiseks. Lisaks sellele võivad selle artikliga seotud küsimused või abi rakenduse rakendamisel elektri- ja elektroonikaprojektid , võite julgelt pöörduda meie poole, ühendudes allolevas kommentaaride jaotises. Siin on teile küsimus, mis on tunneliefekti peamine põhimõte?

Foto autorid: