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

Jag_t= Jag_{att göra}+ Jag_diod+ Jag_överskott

Strömmen som flyter i tunneldioden är densamma som strömmen som flyter i den normala PN-korsningsdioden som anges nedan

Jag_diod= Jag_do* (exp ( ? * V_t)) -1

Jag_do - Omvänd mättningsström

V_t - 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

Jag_{att 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 = V_topp, av_{att göra}/ dV = 0

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

“vad mäter en potentiometer ”

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

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

Om dI / dV = 0, R_n 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

(R_n)_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.

typer av tunneldioder

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: