Туннельный диод, также известный как диод Эскари, представляет собой высоколегированный полупроводник, способный работать очень быстро. Лео Эсаки изобрел туннельный диод в августе 1957 года. Германиевый материал в основном используется для изготовления туннельных диодов. Они также могут быть изготовлены из арсенида галлия и кремния. Собственно, они используются в частотных детекторах и преобразователях. Туннельный диод показывает отрицательное сопротивление в своем рабочем диапазоне. Следовательно, его можно использовать как усилитель , генераторы и в любых коммутационных схемах.

Что такое туннельный диод?

Туннельный диод Соединение P-N устройство с отрицательным сопротивлением. Когда напряжение увеличивается, ток, протекающий через него, уменьшается. Работает по принципу туннельного эффекта. Диод металл-изолятор-металл (MIM) - это еще один тип туннельного диода, но его настоящее применение, похоже, ограничено исследовательскими средами из-за наследственной чувствительности, его применение считается очень ограниченным в исследовательских средах. Еще один диод называется Диод металл-изолятор-изолятор-металл (МИИМ) который включает дополнительный слой изолятора. Туннельный диод представляет собой двухконтактное устройство с полупроводником n-типа в качестве катода и полупроводником p-типа в качестве анода. Туннельный диод символ цепи как показано ниже.

Туннельный диод

Явление работы туннельного диода

Согласно теории классической механики, частица должна приобретать энергию, равную высоте потенциального энергетического барьера, если она должна перемещаться с одной стороны барьера на другую. В противном случае энергия должна поступать от какого-либо внешнего источника, поэтому электроны с N-стороны перехода могут перепрыгнуть через барьер перехода, чтобы достичь P-стороны перехода. Если барьер тонкий, например, в туннельном диоде, согласно уравнению Шредингера подразумевается, что существует большая вероятность, и тогда электрон проникнет через барьер. Этот процесс будет происходить без потерь энергии со стороны электрона. Поведение квантовой механики указывает на туннелирование. С высокой примесью Соединительные устройства P-N называются туннельными диодами. Явление туннелирования обеспечивает эффект большинства носителей.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Где,

«E» - энергия барьера,
«P» - это вероятность того, что частица пересечет барьер,
«W» - ширина барьера.

Конструкция туннельного диода

Диод имеет керамический корпус и герметичную крышку сверху. Маленькая оловянная точка сплавлена или припаяна к сильно легированной таблетке Ge n-типа. Таблетка припаивается к анодному контакту, который используется для отвода тепла. Оловянная точка соединена с катодным контактом через сетчатый экран и используется для уменьшения индуктивность .

Конструкция туннельного диода

Работа и ее характеристики

Работа туннельного диода в основном включает два метода смещения, такие как прямое и обратное.

Условие прямого смещения

В условиях прямого смещения по мере увеличения напряжения ток уменьшается и, таким образом, становится все более смещенным, что известно как отрицательное сопротивление. Увеличение напряжения приведет к работе в качестве обычного диода, в котором электроны проходят через P-N переходной диод . Область отрицательного сопротивления является наиболее важной рабочей областью туннельного диода. Характеристики туннельного диода и диода с нормальным P-N переходом отличаются друг от друга.

Состояние обратного смещения

В обратном случае туннельный диод действует как задний диод или обратный диод. При нулевом напряжении смещения он может действовать как быстрый выпрямитель. В состоянии обратного смещения пустые состояния на n-стороне выровнены с заполненными состояниями на p-стороне. В обратном направлении электроны туннелируют через потенциальный барьер. Благодаря высокой концентрации легирования туннельный диод действует как отличный проводник.

Характеристики туннельного диода

Прямое сопротивление очень мало из-за туннельного эффекта. Увеличение напряжения приведет к увеличению тока, пока он не достигнет пикового значения. Но если напряжение превысит пиковое значение, ток автоматически уменьшится. Эта область отрицательного сопротивления преобладает до точки впадины. Ток через диод минимален в точке впадины. Туннельный диод действует как обычный диод, если он находится за точкой впадины.

Текущие компоненты в туннельном диоде

Полный ток туннельного диода приведен ниже.

я_т= Я_{сделать}+ Я_диод+ Я_{избыток}

Ток, протекающий в туннельном диоде, такой же, как ток, протекающий в нормальном диоде с PN-переходом, который указан ниже.

я_диод= Я_делать* (ехр ( ? * V_т)) -1

я_делать - Обратный ток насыщения

V_т - Напряжение эквивалентно температуре

V - Напряжение на диоде

в - Поправочный коэффициент 1 для Ge и 2 для Si

Из-за паразитного туннелирования через примеси будет развиваться избыточный ток, и это дополнительный ток, с помощью которого можно определить точку впадины. Туннельный ток приведен ниже.

я_{сделать}= (V / R₀) * exp (- ( V/V₀)^м)

Где, V₀ = От 0,1 до 0,5 В и m = от 1 до 3

р₀ = Сопротивление туннельного диода

Пиковый ток, пиковое напряжение туннельного диода

Пиковое напряжение и пиковый ток туннельного диода максимальны. Обычно для туннельного диода падение напряжения превышает пиковое напряжение. А избыточный ток и ток диода можно считать незначительными.

Для минимального или максимального тока диода

V = V_{вершина горы}, из_{сделать}/ dV = 0

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

“как работают светодиодные телевизоры ”

Тогда 1 - m * (V / V₀)^м= 0

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

Максимальное отрицательное сопротивление туннельного диода

Отрицательное сопротивление слабого сигнала приведено ниже.

р_п= 1 / (dI / dV) = R.₀/ (1 – (m * (V/V₀)^м) * exp (-(V/V₀)^м) / Р₀= 0

Если dI / dV = 0, р_п максимум, то

(m * (V/V₀)^м) * exp (-(V/V₀)^м) / Р₀= 0

Если V= V₀* (1 + 1 / м)^{(1 / м)} тогда будет максимум, поэтому уравнение будет

(Р_п)_{Максимум}= - (R₀* ((ехр (1 + m)) / m)) / m

Применения туннельных диодов

Благодаря туннельному механизму он используется как сверхвысокоскоростной переключатель.
Время переключения составляет порядка наносекунд или даже пикосекунд.
Из-за того, что его кривая от тока имеет тройное значение, он используется в качестве устройства хранения логической памяти.
Из-за чрезвычайно малой емкости, индуктивности и отрицательного сопротивления он используется в качестве СВЧ-генератора на частоте около 10 ГГц.
Из-за своего отрицательного сопротивления он используется в качестве схемы релаксационного генератора.

типы туннельных диодов

Преимущества туннельного диода

Бюджетный
Тихий шум
Легкость в эксплуатации
Высокоскоростной
Малая мощность
Нечувствительность к ядерным излучениям

Недостатки туннельного диода

Будучи двухконтактным устройством, он не обеспечивает развязки между входными и выходными цепями.
Диапазон напряжения, в котором можно правильно работать, составляет 1 вольт или ниже.

Это все о Туннельный диод схема с операциями, принципиальная схема и ее приложения. Мы считаем, что информация, представленная в этой статье, поможет вам лучше понять этот проект. Кроме того, любые вопросы по этой статье или помощь в реализации электротехнические и электронные проекты , вы можете свободно обращаться к нам, связавшись с нами в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, в чем главный принцип Туннельного эффекта?

Фото: