En tunneldiod är också känd som Eskari-diod och det är en mycket dopad halvledare som kan fungera mycket snabbt. Leo Esaki uppfann tunneldioden i augusti 1957. Germaniummaterialet används i grunden för att göra tunneldioder. De kan också tillverkas av galliumarsenid och kiselmaterial. Egentligen används de i frekvensdetektorer och omvandlare. Tunneldioden uppvisar negativt motstånd i sitt arbetsområde. Därför kan den användas som en förstärkare oscillatorer och i alla kopplingskretsar.
Vad är en tunneldiod?
Tunneldiod är P-N-korsning enhet som uppvisar negativt motstånd. När spänningen ökar än strömmen som strömmar genom den minskar. Det fungerar på principen om Tunneling-effekten. Metal-Insulator-Metal (MIM) -dioder är en annan typ av tunneldiod, men dess nuvarande tillämpning verkar vara begränsad till forskningsmiljöer på grund av ärvskänslighet, och dess tillämpningar anses vara mycket begränsade till forskningsmiljöer. Det finns ytterligare en diod som heter Metal-Isolator-Isolator-Metal (MIIM) -diod som inkluderar ett extra isoleringsskikt. Tunneldioden är en tvåterminalanordning med halvledare av n-typ som katod och halvledare av p-typ som anod. Tunneldioden kretssymbol är som visas nedan.
Tunneldiod
Tunneldiod Arbetsfenomen
Baserat på den klassiska mekanikens teori måste en partikel förvärva energi som är lika med den potentiella energibarriärhöjden, om den måste flytta från en sida av barriären till den andra. Annars måste energi tillföras från någon extern källa, så de N-sidiga elektronerna i korsningen kan hoppa över korsningsbarriären för att nå korsningens P-sida. Om barriären är tunn, såsom i tunneldioden, enligt Schrodinger-ekvationen innebär det att det finns en stor sannolikhet och då kommer en elektron att tränga igenom barriären. Denna process kommer att ske utan någon energiförlust från elektronens sida. Kvantmekanikens beteende indikerar tunnling. Den höga orenheten P-N-kopplingsanordningar kallas tunneldioder. Tunnelfenomenet ger en majoritets bärareffekt.
P∝exp (-A * E_b * W)
Var,
'E' är barriärens energi,
'P' är sannolikheten för att partikeln passerar barriären,
'W' är barriärens bredd
Konstruktion av tunneldiod
Dioden har en keramisk kropp och ett hermetiskt tätande lock ovanpå. En liten tennpricklegering legeras eller löds till en kraftigt dopad pellet av n-typ Ge. Pelleten löds till anodkontakt som används för värmeavledning. Tennpunkten är ansluten till katodkontakten via en nätskärm används för att reducera induktansen .
Konstruktion av tunneldiod
Funktion och dess egenskaper
Tunneldiodens funktion innefattar huvudsakligen två förspänningsmetoder som framåt och bakåt
Framåt Bias-tillstånd
Under framåtförspänningsförhållandet, då spänningen ökar, minskar strömmen och blir därmed alltmer feljusterad, känd som negativt motstånd. En spänningsökning kommer att leda till att fungera som en normal diod där ledningen av elektroner färdas över P-N-korsningsdiod . Det negativa motståndsområdet är det viktigaste arbetsområdet för en tunneldiod. Tunneldioden och de normala P-N-korsningsdiodegenskaperna skiljer sig från varandra.
Omvänd förspänningsförhållande
Under omvänd tillstånd fungerar tunneldioden som en bakdiod eller bakåtdiod. Med nollförskjutningsspänning kan den fungera som en snabb likriktare. I omvänd bias-tillstånd, de tomma tillstånden på n-sidan i linje med de fyllda tillstånden på p-sidan. I omvänd riktning kommer elektronerna att tunnelna genom en potentiell barriär. Tunneldioder fungerar som en utmärkt ledare på grund av dess höga dopningskoncentrationer.
Tunneldiodegenskaper
Framåtriktat motstånd är väldigt litet på grund av dess tunneleffekt. En spänningsökning kommer att leda till en ökning av strömmen tills den når toppström. Men om spänningen ökade utöver toppspänningen minskar strömmen automatiskt. Denna negativa motståndsregion råder fram till dalpunkten. Strömmen genom dioden är minimal vid dalpunkten. Tunneldioden fungerar som en normal diod om den ligger utanför dalpunkten.
Aktuella komponenter i en tunneldiod
Den totala strömmen för en tunneldiod ges nedan
Jagt= Jagatt göra+ Jagdiod+ Jagöverskott
Strömmen som flyter i tunneldioden är densamma som strömmen som flyter i den normala PN-korsningsdioden som anges nedan
Jagdiod= Jagdo* (exp ( ? * Vt)) -1
Jagdo - Omvänd mättningsström
Vt - Spänning motsvarande temperatur
V - Spänning över dioden
de - Korrigeringsfaktor 1 för Ge och 2 för Si
På grund av den parasitiska tunnelen via föroreningar kommer överskottsströmmen att utvecklas och det är en ytterligare ström genom vilken dalpunkten kan bestämmas. Tunnelströmmen är enligt nedan
Jagatt göra= (V / R0) * exp (- (V / V0)m)
Var, V0 = 0,1 till 0,5 volt och m = 1 till 3
R0 = Tunneldiodmotstånd
Toppström, toppspänning i tunneldiod
Toppspänningen och toppströmmen för en tunneldiod är maximal. Vanligtvis för en tunneldiod är spänningsavbrottet mer än toppspänningen. Och överströmmen och diodströmmen kan anses vara försumbar.
För en minimal eller maximal diodström
V = Vtopp, avatt göra/ dV = 0
(1 / R0) * (exp (- (V / V.0)m) - (m * (V / V.0)m* exp (- (V / V0)m) = 0
Sedan, 1 - m * (V / V.0)m= 0
Vpeak = ((1 / m)(1 / m)) * V0* exp (-1 / m)
Maximalt negativt motstånd för en tunneldiod
Nedan anges det negativa motståndet för en liten signal
Rn= 1 / (dI / dV) = R.0/ (1 - (m * (V / V.0)m) * exp (- (V / V0)m) / R0= 0
Om dI / dV = 0, Rn är maximalt, då
(m * (V / V.0)m) * exp (- (V / V0)m) / R0= 0
Om V = V0* (1 + 1 / m)(1 / m) då kommer att vara maximalt, så ekvationen blir
(Rn)max= - (R.0* ((exp (1 + m)) / m)) / m
Tunneldiodapplikationer
- På grund av tunnelmekanismen används den som en ultrahastighetsbrytare.
- Omkopplingstiden är av storleksordningen nanosekunder eller till och med pikosekunder.
- På grund av den trippelvärderade funktionen i dess kurva från ström används den som en logisk minneslagringsenhet.
- På grund av extremt liten kapacitans, induktans och negativt motstånd används den som en mikrovågsoscillator med en frekvens på cirka 10 GHz.
- På grund av dess negativa motstånd används den som en avslappningsoscillatorkrets.
Fördelar med tunneldiod
- Låg kostnad
- Lågt ljud
- Enkel användning
- Hög hastighet
- Låg effekt
- Okänslig för kärnstrålning
Nackdelar med tunneldiod
- Eftersom det är en tvåterminalenhet, ger den ingen isolering mellan ut- och ingångskretsar.
- Spänningsområdet, som kan användas ordentligt i 1 volt eller lägre.
Det här handlar om Tunneldiod krets med operationer, kretsschema och dess tillämpningar. Vi tror att informationen i den här artikeln är till hjälp för dig för en bättre förståelse för detta projekt. Dessutom är alla frågor angående denna artikel eller någon hjälp med att implementera el- och elektronikprojekt kan du gärna kontakta oss genom att ansluta i kommentarfältet nedan. Här är en fråga till dig, vad är huvudprincipen för Tunneling Effect?
Fotokrediter:
- Tunneldiod wikimedia
- Konstruktion av tunneldiod swissen
- Tunneldiodegenskaper blogspot
- Typer av tunneldioder teknikelektronik