En tunneldiode er også kjent som Eskari-diode, og det er en høyt dopet halvleder som er i stand til veldig rask drift. Leo Esaki oppfant tunneldioden i august 1957. Germanium-materialet brukes i utgangspunktet til å lage tunneldioder. De kan også være laget av galliumarsenid og silisiummaterialer. Egentlig brukes de i frekvensdetektorer og omformere. Tunneldioden viser negativ motstand i driftsområdet. Derfor kan den brukes som en forsterker , oscillatorer og i eventuelle bryterkretser.

Hva er en tunneldiode?

Tunneldiode er P-N kryss enhet som har negativ motstand. Når spenningen økes enn strømmen som strømmer gjennom den avtar. Det fungerer ut fra prinsippet om Tunneling-effekten. Metal-Insulator-Metal (MIM) -dioder er en annen type tunneldioder, men den nåværende applikasjonen ser ut til å være begrenset til forskningsmiljøer på grunn av arvelighetsfølsomhet, og applikasjonene anses å være svært begrenset til forskningsmiljøer. Det er en diode til Metal-Isolator-Isolator-Metal (MIIM) diode som inkluderer et ekstra isolasjonslag. Tunneldioden er en to-terminal enhet med n-type halvleder som katode og p-type halvleder som en anode. Tunneldioden kretssymbol er som vist nedenfor.

Tunneldiode

Tunneldiode Arbeidsfenomen

Basert på den klassiske mekanikkens teori, må en partikkel tilegne seg energi som er lik den potensielle energisperrehøyden, hvis den må bevege seg fra den ene siden av barrieren til den andre. Ellers må det tilføres energi fra en ekstern kilde, slik at de N-sidede elektronene i krysset kan hoppe over kryssbarrieren for å nå P-siden av krysset. Hvis barrieren er tynn, for eksempel i tunneldiode, antyder ifølge Schrodinger-ligningen at det er stor sannsynlighet og at et elektron vil trenge gjennom barrieren. Denne prosessen vil skje uten noe energitap fra elektronens side. Oppførselen til kvantemekanikken indikerer tunneling. Den høye urenheten P-N-koblingsenheter kalles tunneldioder. Tunnelfenomenet gir en majoritetsbærereffekt.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Hvor,

‘E’ er energien i barrieren,
‘P’ er sannsynligheten for at partikkelen krysser barrieren,
‘W’ er bredden på barrieren

Bygging av tunneldiode

Dioden har en keramisk kropp og et hermetisk lukkende lokk på toppen. En liten tinnprikk legeres eller loddes til en sterkt dopet pellet av n-type Ge. Pelleten loddes til anodekontakt som brukes til varmespredning. Tinn-prikken er koblet til katodekontakten via en mesh-skjerm som brukes til å redusere induktansen .

Bygging av tunneldiode

Drift og dens egenskaper

Driften av tunneldioden inkluderer hovedsakelig to forspenningsmetoder som forover og bakover

Fremover Bias tilstand

Under foroverforspenningsforhold, når spenningen øker, reduseres strømmen og blir dermed stadig mer feiljustert, kjent som negativ motstand. En økning i spenning vil føre til å fungere som en normal diode der ledning av elektroner beveger seg over P-N-kryssdiode . Den negative motstandsregionen er den viktigste driftsområdet for en tunneldiode. Tunneldioden og normale P-N-kryssdiodeegenskapene er forskjellige fra hverandre.

Omvendt skjevhetstilstand

Under omvendt tilstand fungerer tunneldioden som en bakdiode eller bakoverdiode. Med null offset-spenning kan den fungere som en rask likeretter. I omvendt forspenningstilstand, de tomme tilstandene på n-siden justert med fylte tilstander på p-siden. I motsatt retning vil elektronene tunnel gjennom en potensiell barriere. På grunn av de høye dopingkonsentrasjonene fungerer tunneldioder som en utmerket leder.

Tunneldiodeegenskaper

Fremovermotstanden er veldig liten på grunn av tunneleringseffekten. En økning i spenning vil føre til en økning i strømmen til den når toppstrøm. Men hvis spenningen økte utover toppspenningen, reduseres strømmen automatisk. Denne negative motstandsregionen hersker til dalpunktet. Strømmen gjennom dioden er minimum ved dalpunktet. Tunneldioden fungerer som en normal diode hvis den er utenfor dalpunktet.

Nåværende komponenter i en tunneldiode

Den totale strømmen til en tunneldiode er gitt nedenfor

Jeg_t= Jeg_{å gjøre}+ Jeg_diode+ Jeg_overflødig

Strømmen som strømmer i tunneldioden er den samme som strømmen som strømmer i den normale PN-kryssdioden som er gitt nedenfor

Jeg_diode= Jeg_gjøre* (exp ( ? * V_t) ) -1

Jeg_gjøre - Omvendt metningsstrøm

V_t - Spenningsekvivalent med temperatur

V - Spenning over dioden

de - Korreksjonsfaktor 1 for Ge og 2 for Si

På grunn av den parasittiske tunnelen via urenheter, vil overflødig strøm bli utviklet, og det er en ekstra strøm som dalpunktet kan bestemmes med. Tunnelstrømmen er som gitt nedenfor

Jeg_{å gjøre}= (V / R₀) * exp (- (V / V.₀)^m)

Hvor, V₀ = 0,1 til 0,5 volt og m = 1 til 3

R₀ = Tunneldiodemotstand

Peak Current, Peak Voltage of Tunnel Diode

Toppspenningen og toppstrømmen til en tunneldiode er maks. Vanligvis for en tunneldiode er kutt i spenning mer enn toppspenningen. Og overflødig strøm og diodestrøm kan betraktes som ubetydelig.

For en minimum eller maksimal diodestrøm

V = V_topp, av_{å gjøre}/ dV = 0

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

“sannhetstabell 2 biters ”

Deretter 1 - m * (V / V.₀)^m= 0

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

Maksimal negativ motstand av en tunneldiode

Den negative motstanden til et lite signal er gitt nedenfor

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

Hvis dI / dV = 0, R_n er maksimum, da

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

Hvis V = V₀* (1 + 1 / m)^{(1 / m)} da vil være maksimalt, så ligningen vil være

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

Tunneldiode-applikasjoner

På grunn av tunnelmekanismen brukes den som en ultrahastighetsbryter.
Byttetiden er i størrelsesorden nanosekunder eller til og med pikosekunder.
På grunn av den tredoble verdien av kurven fra strøm, brukes den som en logisk minnelagringsenhet.
På grunn av ekstremt liten kapasitans, induktans og negativ motstand, brukes den som en mikrobølgeoscillator med en frekvens på ca. 10 GHz.
På grunn av sin negative motstand brukes den som en avslapningsoscillatorkrets.

typer tunneldioder

Fordeler med tunneldiode

Lav pris
Lav lyd
Enkel betjening
Høy hastighet
Lite strøm
Ufølsom for kjernefysisk stråling

Ulemper ved tunneldiode

Å være en to-terminal enhet, gir den ingen isolasjon mellom utgang og inngangskretser.
Spenningsområdet, som kan brukes riktig i 1 volt eller under.

Dette handler om Tunneldiode krets med operasjoner, kretsskjema og dets applikasjoner. Vi tror at informasjonen i denne artikkelen er nyttig for deg for en bedre forståelse av dette prosjektet. Videre, alle spørsmål angående denne artikkelen eller hjelp til å implementere elektriske og elektroniske prosjekter , kan du gjerne nærme oss ved å koble til i kommentarfeltet nedenfor. Her er et spørsmål til deg, hva er hovedprinsippet i Tunneling Effect?

Fotokreditter: