En tunneldiode er også kendt som Eskari-diode, og det er en meget dopet halvleder, der er i stand til meget hurtig drift. Leo Esaki opfandt tunneldioden i august 1957. Germanium-materialet bruges grundlæggende til at lave tunneldioder. De kan også fremstilles af galliumarsenid og siliciummaterialer. Faktisk bruges de i frekvensdetektorer og konvertere. Tunneldioden udviser negativ modstand i deres driftsområde. Derfor kan den bruges som en forstærker , oscillatorer og i ethvert skifte kredsløb.

Hvad er en tunneldiode?

Tunneldiode er P-N-krydset enhed, der udviser negativ modstand. Når spændingen øges, falder strømmen, der strømmer igennem. Det fungerer ud fra princippet om Tunneling-effekten. Metal-Isolator-Metal (MIM) -diode er en anden type tunneldiode, men den nuværende anvendelse synes at være begrænset til forskningsmiljøer på grund af arvelighedsfølsomhed, og dens applikationer anses for at være meget begrænset til forskningsmiljøer. Der er endnu en diode kaldet Metal-isolator-isolator-metal (MIIM) -diode som inkluderer et ekstra isoleringslag. Tunneldioden er en to-terminal enhed med n-type halvleder som katode og p-type halvleder som en anode. Tunneldioden kredsløbssymbol er som vist nedenfor.

Tunneldiode

Tunneldiode Arbejdsfænomen

Baseret på den klassiske mekanik teori, skal en partikel erhverve energi, der er lig med den potentielle energi barrierehøjde, hvis den skal bevæge sig fra den ene side af barrieren til den anden. Ellers skal der tilføres energi fra en ekstern kilde, så krydsningens N-sidede elektroner kan hoppe over krydsbarrieren for at nå P-siden af krydset. Hvis barrieren er tynd som i tunneldiode, indebærer ifølge Schrodinger-ligningen, at der er stor sandsynlighed, og at en elektron vil trænge igennem barrieren. Denne proces vil ske uden noget energitab fra elektronens side. Den kvantemekaniske opførsel indikerer tunneling. Den høje urenhed P-N-forbindelsesenheder kaldes tunneldioder. Tunnelfænomenet giver en majoritetsbærereffekt.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Hvor,

'E' er energien i barrieren,
'P' er sandsynligheden for, at partiklen krydser barrieren,
'W' er bredden på barrieren

Konstruktion af tunneldiode

Dioden har en keramisk krop og et hermetisk forseglende låg ovenpå. En lille tinprik er legeret eller loddet til en stærkt doteret pille af n-type Ge. Pelleten loddes til anodekontakt, der bruges til varmeafledning. Tin-dot er forbundet til katodekontakten via en mesh-skærm, der bruges til at reducere induktansen .

Konstruktion af tunneldiode

Drift og dens egenskaber

Driften af tunneldioden inkluderer hovedsageligt to forspændingsmetoder, såsom frem og tilbage

Fremad Bias-tilstand

Under den fremadrettede forspændingsbetingelse, når spændingen stiger, falder strømmen og bliver således mere og mere forkert justeret, kendt som negativ modstand. En stigning i spænding vil føre til at fungere som en normal diode, hvor ledning af elektroner bevæger sig over P-N-forbindelsesdiode . Den negative modstandsregion er den vigtigste driftsregion for en tunneldiode. Tunneldioden og de normale P-N-forbindelsesdiodeegenskaber er forskellige fra hinanden.

Omvendt bias-tilstand

Under omvendt tilstand fungerer tunneldioden som en bagdiode eller baguddiode. Med nul offset spænding kan den fungere som en hurtig ensretter. I omvendt forspændingstilstand er de tomme stater på n-siden justeret med de udfyldte tilstande på p-siden. I omvendt retning vil elektronerne tunnel gennem en potentiel barriere. På grund af dens høje dopingkoncentrationer fungerer tunneldiode som en fremragende leder.

Tunneldiodeegenskaber

Den fremadgående modstand er meget lille på grund af dens tunneleffekt. En stigning i spænding vil føre til en stigning i strømmen, indtil den når topstrøm. Men hvis spændingen steg ud over spidsbelastningen, falder strømmen automatisk. Denne negative modstandsregion hersker indtil dalpunktet. Strømmen gennem dioden er mindst ved dalpunktet. Tunneldioden fungerer som en normal diode, hvis den er uden for dalpunktet.

Aktuelle komponenter i en tunneldiode

Den samlede strøm for en tunneldiode er angivet nedenfor

jeg_t= Jeg_{at gøre}+ Jeg_diode+ Jeg_overskydende

Strømmen, der strømmer i tunneldioden, er den samme som strømmen, der strømmer i den normale PN-forbindelsesdiode, som er angivet nedenfor

jeg_diode= Jeg_gør* (exp ( ? * V_t)) -1

jeg_gør - Omvendt mætningsstrøm

V_t - Spændingsækvivalent med temperatur

V - Spænding over dioden

det - Korrektionsfaktor 1 for Ge og 2 for Si

På grund af den parasitiske tunneling via urenheder udvikles overskydende strøm, og det er en ekstra strøm, hvormed dalpunktet kan bestemmes. Tunnelstrømmen er som angivet nedenfor

jeg_{at gøre}= (V / R₀) * exp (- (V / V.₀)^m)

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

R₀ = Tunneldiode-modstand

Peak Current, Peak Voltage of Tunnel Diode

Spidsen og spidsstrømmen i en tunneldiode er maksimal. Typisk for en tunneldiode er spændingsafbrydelsen mere end spidsen. Og den overskydende strøm og diodestrøm kan betragtes som ubetydelig.

For en minimum eller maksimum diode strøm

V = V_spids, af_{at gøre}/ dV = 0

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

“hvilken type transmissionsmedium bruges af trådløs kommunikation ”

Derefter 1 - m * (V / V.₀)^m= 0

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

Maksimal negativ modstandsdygtighed for en tunneldiode

Den negative modstand af et lille signal er angivet 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, så

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

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

(R_n)_maks= - (R.₀* ((exp (1 + m)) / m)) / m

Tunneldiodeapplikationer

På grund af tunnelmekanismen bruges den som en ultrahøjhastighedsafbryder.
Skiftetiden er i størrelsesordenen nanosekunder eller endda picosekunder.
På grund af den tredobbelte værdi af kurven fra strømmen bruges den som en logisk hukommelseslagerenhed.
På grund af ekstremt lille kapacitans, induktans og negativ modstand bruges den som en mikrobølgeoscillator med en frekvens på ca. 10 GHz.
På grund af sin negative modstand bruges det som et afslapningsoscillatorkredsløb.

typer tunneldioder

Fordele ved tunneldiode

Lavpris
Lav støj
Nem betjening
Høj hastighed
Lav strøm
Ufølsom over for nuklear stråling

Ulemper ved tunneldiode

At være en to-terminal enhed, giver den ingen isolation mellem output og input kredsløb.
Spændingsområdet, som kan betjenes korrekt i 1 volt eller derunder.

Dette handler om Tunneldiode kredsløb med operationer, kredsløbsdiagram og dets applikationer. Vi mener, at oplysningerne i denne artikel er nyttige for dig til en bedre forståelse af dette projekt. Desuden er spørgsmål vedrørende denne artikel eller enhver hjælp til implementering af elektriske og elektroniske projekter , du er velkommen til at nærme os ved at oprette forbindelse i kommentarfeltet nedenfor. Her er et spørgsmål til dig, hvad er hovedprincippet i Tunneling Effect?

Fotokreditter: