Κύκλωμα διόδων σήραγγας με λειτουργίες και εφαρμογές

Μια δίοδος σήραγγας είναι επίσης γνωστή ως δίοδος Eskari και είναι ένας ημιαγωγός υψηλής πρόσμιξης που είναι ικανός για πολύ γρήγορη λειτουργία. Ο Leo Esaki εφηύρε τη δίοδο σήραγγας τον Αύγουστο του 1957. Το υλικό Germanium βασικά χρησιμοποιείται για την κατασκευή διόδων σήραγγας. Μπορούν επίσης να κατασκευαστούν από υλικά αρσενιδίου γαλλίου και πυριτίου. Στην πραγματικότητα, χρησιμοποιούνται σε ανιχνευτές συχνότητας και μετατροπείς. Η δίοδος σήραγγας παρουσιάζει αρνητική αντίσταση στο εύρος λειτουργίας τους. Ως εκ τούτου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένας ενισχυτής , ταλαντωτές και σε οποιαδήποτε κυκλώματα μεταγωγής.

Τι είναι μια δίοδος σήραγγας;

Το Tunnel Diode είναι το Διασταύρωση P-N συσκευή που εμφανίζει αρνητική αντίσταση. Όταν η τάση αυξάνεται από το ρεύμα που ρέει, μειώνεται. Λειτουργεί βάσει της αρχής του φαινομένου Tunneling. Η δίοδος Metal-Insulator-Metal (MIM) είναι ένας άλλος τύπος διόδου σήραγγας, αλλά η παρούσα εφαρμογή της φαίνεται να περιορίζεται σε ερευνητικά περιβάλλοντα λόγω κληρονομικών ευαισθησιών, οι εφαρμογές της θεωρούνται πολύ περιορισμένες σε ερευνητικά περιβάλλοντα. Υπάρχει μια ακόμη δίοδος που ονομάζεται Δίοδος μετάλλου-μονωτή-μονωτή-μετάλλου (MIIM) το οποίο περιλαμβάνει ένα πρόσθετο μονωτικό στρώμα. Η δίοδος σήραγγας είναι μια συσκευή δύο τερματικών με ημιαγωγό τύπου n ως κάθοδο και ημιαγωγό τύπου p ως άνοδο. Η δίοδος σήραγγας σύμβολο κυκλώματος είναι όπως φαίνεται παρακάτω.

Δίοδος σήραγγας

Φαινόμενο εργασίας διόδων σήραγγας

Με βάση τη θεωρία της κλασικής μηχανικής, ένα σωματίδιο πρέπει να αποκτήσει ενέργεια ίση με το ύψος του δυνητικού ενεργειακού φράγματος, εάν πρέπει να κινηθεί από τη μία πλευρά του φράγματος στην άλλη. Διαφορετικά, πρέπει να παρέχεται ενέργεια από κάποια εξωτερική πηγή, έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια Ν-όψης της διασταύρωσης να μπορούν να πηδούν πάνω από το φράγμα διασταύρωσης για να φτάσουν στην πλευρά Ρ της διασταύρωσης. Εάν το φράγμα είναι λεπτό όπως στη δίοδο σήραγγας, σύμφωνα με την εξίσωση Schrodinger υπονοείται ότι υπάρχει μεγάλη πιθανότητα και τότε ένα ηλεκτρόνιο θα διεισδύσει μέσω του φράγματος. Αυτή η διαδικασία θα συμβεί χωρίς απώλεια ενέργειας από την πλευρά του ηλεκτρονίου. Η συμπεριφορά του κβαντικού μηχανικού δείχνει σήραγγες. Η υψηλή ακαθαρσία Συσκευές σύνδεσης P-N καλούνται ως διόδους σήραγγας. Το φαινόμενο της σήραγγας παρέχει το μεγαλύτερο αποτέλεσμα.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Που,

Το «Ε» είναι η ενέργεια του φράγματος,
«P» είναι η πιθανότητα το σωματίδιο να διασχίσει το φράγμα,
«W» είναι το πλάτος του φράγματος

Κατασκευή διόδων σήραγγας

Η δίοδος έχει ένα κεραμικό σώμα και ένα ερμητικά σφραγισμένο καπάκι στην κορυφή. Μια μικρή κουκκίδα είναι κράμα ή συγκόλληση σε ένα βαρέως ενισχυμένο σφαιρίδιο ν-τύπου Ge. Το σφαιρίδιο συγκολλάται σε επαφή ανόδου η οποία χρησιμοποιείται για απαγωγή θερμότητας. Το κασσίτερο-κουκκίδα συνδέεται με την επαφή καθόδου μέσω μιας οθόνης πλέγματος που χρησιμοποιείται για τη μείωση η αυτεπαγωγή .

Κατασκευή διόδων σήραγγας

Λειτουργία και τα χαρακτηριστικά της

Η λειτουργία της διόδου σήραγγας περιλαμβάνει κυρίως δύο μεθόδους πόλωσης όπως εμπρός και πίσω

Προώθηση προκατάληψης

Κάτω από την κατάσταση εμπρόσθιας μεροληψίας, καθώς αυξάνεται η τάση, τότε το ρεύμα μειώνεται και έτσι γίνεται όλο και περισσότερο ευθυγραμμισμένο, γνωστό ως αρνητική αντίσταση. Η αύξηση της τάσης θα οδηγήσει στη λειτουργία ως κανονική δίοδο όπου η αγωγή των ηλεκτρονίων ταξιδεύει κατά μήκος της Δίοδος διασταύρωσης P-N . Η περιοχή αρνητικής αντίστασης είναι η πιο σημαντική περιοχή λειτουργίας για μια δίοδο σήραγγας. Η δίοδος σήραγγας και τα φυσιολογικά χαρακτηριστικά διόδου σύνδεσης P-N διαφέρουν μεταξύ τους.

Όρος αντίστροφης προκατάληψης

Κάτω από την αντίστροφη κατάσταση, η δίοδος σήραγγας δρα ως πίσω δίοδος ή αντίστροφη δίοδος. Με μηδενική τάση μετατόπισης, μπορεί να λειτουργήσει ως γρήγορος ανορθωτής. Σε κατάσταση αντίστροφης μεροληψίας, οι κενές καταστάσεις στην πλευρά n ευθυγραμμίζονται με τις καταστάσεις πλήρωσης στην πλευρά p. Στην αντίστροφη κατεύθυνση, τα ηλεκτρόνια θα διοχετεύονται μέσω ενός πιθανού φράγματος. Λόγω των υψηλών συγκεντρώσεων ντόπινγκ, η δίοδος σήραγγας δρα ως εξαιρετικός αγωγός.

Χαρακτηριστικά διόδων σήραγγας

Η αντίσταση προς τα εμπρός είναι πολύ μικρή λόγω του φαινομένου της σήραγγας. Η αύξηση της τάσης θα οδηγήσει σε αύξηση του ρεύματος έως ότου φτάσει στο μέγιστο ρεύμα. Αλλά αν η τάση αυξηθεί πέραν της μέγιστης τάσης, τότε το ρεύμα θα μειωθεί αυτόματα. Αυτή η περιοχή αρνητικής αντίστασης επικρατεί μέχρι το σημείο της κοιλάδας. Το ρεύμα μέσω της διόδου είναι ελάχιστο στο σημείο της κοιλάδας. Η δίοδος σήραγγας λειτουργεί ως κανονική δίοδος εάν είναι πέρα ​​από το σημείο της κοιλάδας.

Τρέχοντα στοιχεία σε μια δίοδο σήραγγας

Το συνολικό ρεύμα μιας διόδου σήραγγας δίνεται παρακάτω

Εγώ_τ= Εγώ_{να κάνω}+ Εγώ_δίοδος+ Εγώ_{υπέρβαση}

Το ρεύμα που ρέει στη δίοδο σήραγγας είναι το ίδιο με το ρεύμα που ρέει στην κανονική δίοδο διασταύρωσης PN που δίνεται παρακάτω

Εγώ_δίοδος= Εγώ_κάνω* (λήξη ( ; * Β_τ)) -1

Εγώ_κάνω - Αντίστροφο ρεύμα κορεσμού

Β_τ - Ισοδύναμο τάσης θερμοκρασίας

Β - Τάση κατά μήκος της διόδου

η - Συντελεστής διόρθωσης 1 για Ge και 2 για Si

Λόγω της παρασιτικής σήραγγας μέσω ακαθαρσιών, το υπερβολικό ρεύμα θα αναπτυχθεί και είναι ένα επιπλέον ρεύμα με το οποίο μπορεί να προσδιοριστεί το σημείο της κοιλάδας. Το ρεύμα σήραγγας είναι όπως δίνεται παρακάτω

Εγώ_{να κάνω}= (V / R₀) * exp (- (V / V)₀)^Μ)

Που, Β₀ = 0,1 έως 0,5 βολτ και m = 1 έως 3

Ρ₀ = Αντίσταση διόδων σήραγγας

Μέγιστο ρεύμα, μέγιστη τάση διόδους σήραγγας

Η μέγιστη τάση και το μέγιστο ρεύμα μιας διόδου σήραγγας είναι μέγιστα. Συνήθως για μια δίοδο σήραγγας, η μείωση της τάσης είναι μεγαλύτερη από την μέγιστη τάση. Και το υπερβολικό ρεύμα και το ρεύμα διόδων μπορούν να θεωρηθούν αμελητέα.

Για ελάχιστο ή μέγιστο ρεύμα διόδου

V = V_κορυφή, από_{να κάνω}/ dV = 0

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

Στη συνέχεια, 1 - m * (V / V₀)^Μ= 0

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

Μέγιστη αρνητική αντίσταση μιας διόδου σήραγγας

Η αρνητική αντίσταση ενός μικρού σήματος δίνεται παρακάτω

Ρ_ν= 1 / (dI / dV) = R.₀/ (1 - (m * (V / V)₀)^Μ) * exp (- (V / V)₀)^Μ) / Ρ₀= 0

Εάν dI / dV = 0, Ρ_ν είναι το μέγιστο, τότε

(m * (V / V)₀)^Μ) * exp (- (V / V)₀)^Μ) / Ρ₀= 0

Αν V = V₀* (1 + 1 / m)^{(1 / μ)} τότε θα είναι το μέγιστο, έτσι η εξίσωση θα είναι

(Ρ_ν)_{Μέγιστη}= - (R₀* ((exp (1 + m)) / m)) / m

Εφαρμογές διόδων σήραγγας

• Λόγω του μηχανισμού σήραγγας, χρησιμοποιείται ως διακόπτης εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας.
• Ο χρόνος μεταγωγής είναι της τάξης των νανοδευτερόλεπτων ή ακόμα και των picoseconds.
• Λόγω του τριπλού χαρακτηριστικού της καμπύλης του από το ρεύμα, χρησιμοποιείται ως συσκευή αποθήκευσης λογικής μνήμης.
• Λόγω της εξαιρετικά μικρής χωρητικότητας, της επαγωγής και της αρνητικής αντίστασης, χρησιμοποιείται ως ταλαντωτής μικροκυμάτων σε συχνότητα περίπου 10 GHz.
• Λόγω της αρνητικής του αντίστασης, χρησιμοποιείται ως κύκλωμα ταλαντωτή χαλάρωσης.

Πλεονεκτήματα της διόδου σήραγγας

• Χαμηλό κόστος
• Χαμηλός θόρυβος
• Ευκολία λειτουργίας
• Υψηλή ταχύτητα
• Χαμηλή ενέργεια
• Ευαίσθητο στις πυρηνικές ακτινοβολίες

Μειονεκτήματα της διόδου σήραγγας

• Ως συσκευή δύο τερματικών, δεν παρέχει απομόνωση μεταξύ κυκλωμάτων εξόδου και εισόδου.
• Το εύρος τάσης, το οποίο μπορεί να λειτουργήσει σωστά σε 1 volt ή χαμηλότερο.

Αυτό είναι όλο για το Δίοδος σήραγγας κύκλωμα με λειτουργίες, διάγραμμα κυκλώματος και τις εφαρμογές του. Πιστεύουμε ότι οι πληροφορίες που δίνονται σε αυτό το άρθρο είναι χρήσιμες για εσάς για την καλύτερη κατανόηση αυτού του έργου. Επιπλέον, τυχόν απορίες σχετικά με αυτό το άρθρο ή οποιαδήποτε βοήθεια στην εφαρμογή του ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά έργα , μπορείτε να επικοινωνήσετε μαζί μας επικοινωνώντας στην παρακάτω ενότητα σχολίων. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποια είναι η βασική αρχή του Tunneling Effect;

Φωτογραφικές μονάδες:

• Δίοδος σήραγγας wikimedia
• Κατασκευή διόδων σήραγγας ελβετικός
• Χαρακτηριστικά διόδων σήραγγας blogspot
• Τύποι διόδων σήραγγας μηχανική ηλεκτρονική