Een tunneldiode is ook bekend als Eskari-diode en het is een sterk gedoteerde halfgeleider die zeer snel kan werken. Leo Esaki vond de tunneldiode uit in augustus 1957. Het Germanium-materiaal wordt in principe gebruikt om tunneldiodes te maken. Ze kunnen ook worden gemaakt van galliumarsenide en siliconenmaterialen. Eigenlijk worden ze gebruikt in frequentiedetectoren en omvormers. De tunneldiode vertoont een negatieve weerstand in hun werkingsbereik. Daarom kan het worden gebruikt als een versterker , oscillatoren en in alle schakelcircuits.

Wat is een tunneldiode?

Tunneldiode is de P-N-kruising apparaat dat een negatieve weerstand vertoont. Wanneer de spanning wordt verhoogd, neemt de stroom die er doorheen vloeit af. Het werkt volgens het principe van het tunneleffect. Metaal-isolator-metaal (MIM) -diode is een ander type tunneldiode, maar de huidige toepassing lijkt beperkt te zijn tot onderzoeksomgevingen vanwege overgeërfde gevoeligheden; de toepassingen ervan worden als zeer beperkt beschouwd tot onderzoeksomgevingen. Er is nog een diode genaamd Metal-Insulator-Insulator-Metal (MIIM) diode die een extra isolatielaag bevat. De tunneldiode is een apparaat met twee aansluitingen met een n-type halfgeleider als kathode en p-type halfgeleider als anode. De tunneldiode circuit symbool is zoals hieronder weergegeven.

Tunneldiode

Werkingsverschijnsel tunneldiode

Gebaseerd op de theorie van de klassieke mechanica, moet een deeltje energie verwerven die gelijk is aan de potentiële energiebarrièrehoogte, als het van de ene kant van de barrière naar de andere moet gaan. Anders moet energie worden geleverd door een externe bron, zodat de N-zijdige elektronen van de overgang over de overgangsbarrière kunnen springen om de P-zijde van de overgang te bereiken. Als de barrière dun is, zoals in een tunneldiode, betekent dit volgens de Schrodinger-vergelijking dat er een grote kans is en dat een elektron door de barrière zal dringen. Dit proces zal plaatsvinden zonder enig energieverlies van de kant van het elektron. Het gedrag van de kwantummechanica duidt op tunneling. De hoge onzuiverheid P-N-junctie-apparaten worden tunneldiodes genoemd. Het fenomeen van tunnelvorming zorgt voor een meerderheidsdragereffect.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Waar,

‘E’ is de energie van de barrière,
‘P’ is de kans dat het deeltje de barrière passeert,
‘W’ is de breedte van de barrière

Constructie van tunneldiode

De diode heeft een keramisch lichaam en een hermetisch afsluitend deksel bovenop. Een kleine tinnen stip is gelegeerd of gesoldeerd op een zwaar gedoteerde pellet van n-type Ge. De pellet wordt gesoldeerd op anodecontact dat wordt gebruikt voor warmteafvoer. De tin-dot is verbonden met het kathodecontact via een gaasscherm dat wordt gebruikt om te verminderen de inductie

Constructie van tunneldiode

Werking en zijn kenmerken

De werking van de tunneldiode omvat hoofdzakelijk twee voorspanningsmethoden, zoals vooruit en achteruit

Voorwaartse bias conditie

Onder de voorwaartse voorspanningstoestand, als de spanning toeneemt, neemt de stroom af en wordt deze dus steeds uitgelijnd, ook wel negatieve weerstand genoemd. Een toename van de spanning zal leiden tot het werken als een normale diode waarbij de geleiding van elektronen over de P-N junctiediode Het negatieve weerstandsgebied is het belangrijkste werkgebied voor een tunneldiode. De kenmerken van de tunneldiode en de normale P-N-junctiediode verschillen van elkaar.

Omgekeerde vooringenomenheid

Onder de omgekeerde toestand fungeert de tunneldiode als een back-diode of een achterwaartse diode. Met een nul-offset-spanning kan het fungeren als een snelle gelijkrichter. In omgekeerde bias-toestand worden de lege staten aan de n-zijde uitgelijnd met de gevulde staten aan de p-zijde. In omgekeerde richting tunnelen de elektronen door een potentiaalbarrière. Vanwege de hoge dopingconcentraties werkt de tunneldiode als een uitstekende geleider.

Eigenschappen tunneldiode

De voorwaartse weerstand is erg klein vanwege het tunneleffect. Een toename van de spanning zal leiden tot een toename van de stroom totdat deze de piekstroom bereikt. Maar als de spanning hoger wordt dan de piekspanning, neemt de stroom automatisch af. Dit negatieve weerstandsgebied heerst tot aan het dalpunt. De stroom door de diode is minimaal op het dalpunt. De tunneldiode werkt als een normale diode als deze zich buiten het dalpunt bevindt.

Huidige componenten in een tunneldiode

De totale stroom van een tunneldiode wordt hieronder gegeven

ik_t= Ik_{Te doen}+ Ik_diode+ Ik_overmaat

De stroom die in de tunneldiode vloeit, is dezelfde als de stroom die in de normale PN-junctiediode vloeit, die hieronder wordt gegeven

ik_diode= Ik_Doen* (exp ( * V_t)) -1

ik_Doen - Omgekeerde verzadigingsstroom

V._t - Voltage equivalent van temperatuur

V. - Spanning over de diode

de - Correctiefactor 1 voor Ge en 2 voor Si

Door de parasitaire tunneling via onzuiverheden zal de overstroom worden ontwikkeld en is het een extra stroom waarmee het dalpunt kan worden bepaald. De tunnelstroom is zoals hieronder weergegeven

ik_{Te doen}= (V / R₀) * exp (- (V / V₀^m

Waar, V.₀ = 0,1 tot 0,5 volt en m = 1 tot 3

R₀ = Weerstand tunneldiode

Piekstroom, piekspanning van tunneldiode

De piekspanning en piekstroom van een tunneldiode zijn maximaal. Typisch voor een tunneldiode is de inschakelspanning meer dan de piekspanning. En de overtollige stroom en diodestroom kunnen als verwaarloosbaar worden beschouwd.

Voor een minimale of maximale diodestroom

V = V_piek, van_{Te doen}/ dV = 0

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

“hoe werkt een schmitt-trigger? ”

Vervolgens 1 - m * (V / V₀^m= 0

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

Maximale negatieve weerstand van een tunneldiode

De negatieve weerstand van een klein signaal wordt hieronder weergegeven

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

Als dI / dV = 0, R_n is dan maximaal

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

Als V = V₀* (1 + 1 / m)^{(1 / m)} dan zal het maximum zijn, dus de vergelijking zal zijn

(R._n_{max. hoogte}= - (R₀* ((exp (1 + m)) / m)) / m

Tunneldiodetoepassingen

Vanwege het tunnelmechanisme wordt het gebruikt als een ultrasnelle schakelaar.
De schakeltijd is in de orde van nanoseconden of zelfs picoseconden.
Vanwege de drievoudige eigenschap van de stroomcurve, wordt het gebruikt als een logisch geheugenopslagapparaat.
Vanwege de extreem kleine capaciteit, inductie en negatieve weerstand, wordt het gebruikt als microgolfoscillator met een frequentie van ongeveer 10 GHz.
Vanwege zijn negatieve weerstand wordt het gebruikt als een relaxatieoscillatorcircuit.

soorten tunneldiodes

Voordelen van tunneldiode

Goedkoop
Laag geluidsniveau
Eenvoudige bediening
Hoge snelheid
Laag vermogen
Ongevoelig voor nucleaire straling

Nadelen van tunneldiode

Omdat het een apparaat met twee aansluitingen is, biedt het geen isolatie tussen uitgangs- en ingangscircuits.
Het spanningsbereik, dat goed kan worden bediend in 1 volt of lager.

Dit gaat allemaal over de Tunneldiode circuit met operaties, schakelschema en zijn toepassingen. Wij zijn van mening dat de informatie in dit artikel nuttig voor u is om dit project beter te begrijpen. Bovendien kunnen eventuele vragen over dit artikel of hulp bij het implementeren van het elektrische en elektronische projecten , kunt u ons gerust benaderen door in het commentaargedeelte hieronder contact te maken. Hier is een vraag voor u, wat is het belangrijkste principe van het tunneleffect?

Fotocredits: