Un diodo a tunnel è anche noto come diodo Eskari ed è un semiconduttore altamente drogato che è in grado di funzionare molto velocemente. Leo Esaki ha inventato il diodo Tunnel nell'agosto 1957. Il materiale al germanio è fondamentalmente utilizzato per realizzare diodi tunnel. Possono anche essere realizzati con arseniuro di gallio e materiali di silicio. In realtà, vengono utilizzati nei rilevatori di frequenza e nei convertitori. Il diodo Tunnel mostra una resistenza negativa nel loro intervallo operativo. Pertanto, può essere utilizzato come un amplificatore , oscillatori e in qualsiasi circuito di commutazione.

Cos'è un diodo a tunnel?

Tunnel Diode è il Giunzione P-N dispositivo che mostra una resistenza negativa. Quando la tensione aumenta, la corrente che lo attraversa diminuisce. Funziona secondo il principio dell'effetto Tunneling. Il diodo Metal-Insulator-Metal (MIM) è un altro tipo di diodo Tunnel, ma la sua attuale applicazione sembra essere limitata agli ambienti di ricerca a causa delle sensibilità ereditarie, le sue applicazioni sono considerate molto limitate agli ambienti di ricerca. C'è un altro diodo chiamato Diodo Metal-Insulator-Insulator-Metal (MIIM) che include uno strato isolante aggiuntivo. Il diodo tunnel è un dispositivo a due terminali con semiconduttore di tipo n come catodo e semiconduttore di tipo p come anodo. Il diodo tunnel simbolo del circuito è come mostrato di seguito.

Diodo a tunnel

Fenomeno di funzionamento del diodo a tunnel

In base alla teoria della meccanica classica, una particella deve acquisire un'energia pari all'altezza della barriera di energia potenziale, se deve spostarsi da un lato all'altro della barriera. Altrimenti, l'energia deve essere fornita da una fonte esterna, così gli elettroni del lato N della giunzione possono saltare oltre la barriera della giunzione per raggiungere il lato P della giunzione. Se la barriera è sottile come nel diodo a tunnel, secondo l'equazione di Schrodinger implica che c'è una grande quantità di probabilità e quindi un elettrone penetrerà attraverso la barriera. Questo processo avverrà senza alcuna perdita di energia da parte dell'elettrone. Il comportamento della meccanica quantistica indica il tunneling. L'alta impurità Dispositivi di giunzione P-N sono chiamati diodi a tunnel. Il fenomeno del tunneling fornisce un effetto portante maggioritario.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Dove,

'E' è l'energia della barriera,
'P' è la probabilità che la particella attraversi la barriera,
'W' è la larghezza della barriera

Costruzione del diodo a tunnel

Il diodo ha un corpo in ceramica e un coperchio a chiusura ermetica sulla parte superiore. Un piccolo punto di stagno è legato o saldato a un pellet fortemente drogato di Ge di tipo n. Il pellet è saldato al contatto anodico che viene utilizzato per la dissipazione del calore. Lo stagno-punto è collegato al contatto del catodo tramite uno schermo a rete viene utilizzato per ridurre l'induttanza .

Costruzione del diodo a tunnel

Funzionamento e sue caratteristiche

Il funzionamento del diodo tunnel include principalmente due metodi di polarizzazione come avanti e indietro

Condizione di polarizzazione in avanti

Nella condizione di polarizzazione diretta, all'aumentare della tensione, la corrente diminuisce e quindi diventa sempre più disallineata, nota come resistenza negativa. Un aumento della tensione porterà a funzionare come un normale diodo in cui la conduzione degli elettroni viaggia attraverso il Diodo di giunzione P-N . La regione di resistenza negativa è la regione operativa più importante per un diodo Tunnel. Le caratteristiche del diodo Tunnel e del normale diodo a giunzione P-N sono diverse l'una dall'altra.

Condizione di polarizzazione inversa

Nella condizione inversa, il diodo tunnel funge da diodo posteriore o diodo inverso. Con una tensione di offset zero, può agire come un raddrizzatore veloce. Nella condizione di polarizzazione inversa, gli stati vuoti sul lato n sono allineati con gli stati pieni sul lato p. Nella direzione opposta, gli elettroni attraverseranno una potenziale barriera. A causa delle sue elevate concentrazioni di drogaggio, il diodo tunnel funge da eccellente conduttore.

Caratteristiche del diodo a tunnel

La resistenza in avanti è molto piccola a causa del suo effetto tunnel. Un aumento della tensione porterà ad un aumento della corrente fino a raggiungere la corrente di picco. Ma se la tensione è aumentata oltre la tensione di picco, la corrente diminuirà automaticamente. Questa regione di resistenza negativa prevale fino al punto di valle. La corrente attraverso il diodo è minima nel punto di valle. Il diodo a tunnel agisce come un normale diodo se è oltre il punto di valle.

Componenti attuali in un diodo a tunnel

Di seguito viene fornita la corrente totale di un diodo tunnel

io_t= I_fare+ I_diodo+ I_eccesso

La corrente che scorre nel diodo a tunnel è la stessa della corrente che scorre nel normale diodo a giunzione PN che è dato di seguito

io_diodo= I_fare* (exp ( ? * V_t)) -1

io_fare - Corrente di saturazione inversa

V_t - Tensione equivalente della temperatura

V - Tensione ai capi del diodo

il - Fattore di correzione 1 per Ge e 2 per Si

A causa del tunneling parassita attraverso le impurità, si svilupperà la corrente in eccesso ed è una corrente aggiuntiva con cui è possibile determinare il punto di valle. La corrente di tunneling è la seguente

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

Dove, V₀ = Da 0,1 a 0,5 volt em = da 1 a 3

R₀ = Resistenza diodo tunnel

Corrente di picco, tensione di picco del diodo a tunnel

La tensione di picco e la corrente di picco di un diodo tunnel sono massime. Tipicamente per un diodo Tunnel, il taglio di tensione è maggiore della tensione di picco. E la corrente in eccesso e la corrente del diodo possono essere considerate trascurabili.

Per una corrente di diodo minima o massima

V = V_picco, dI_fare/ dV = 0

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

“come usare il controller pid? ”

Quindi, 1 - m * (V / V₀)^m= 0

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

Massima resistenza negativa di un diodo a tunnel

Di seguito viene fornita la resistenza negativa di un piccolo segnale

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

Se dI / dV = 0, R_n è il massimo, quindi

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

Se V = V₀* (1 + 1 / m)^{(1 / m)} allora sarà il massimo, quindi l'equazione sarà

(R_n)_max= - (R₀* ((exp (1 + m)) / m)) / m

Applicazioni di diodi a tunnel

A causa del meccanismo di tunneling, viene utilizzato come interruttore ad altissima velocità.
Il tempo di commutazione è dell'ordine dei nanosecondi o addirittura dei picosecondi.
A causa della tripla caratteristica della sua curva dalla corrente, viene utilizzato come dispositivo di memoria logica.
A causa della capacità estremamente ridotta, dell'induttanza e della resistenza negativa, viene utilizzato come oscillatore a microonde a una frequenza di circa 10 GHz.
A causa della sua resistenza negativa, viene utilizzato come circuito oscillatore di rilassamento.

tipi di diodi tunnel

Vantaggi del diodo a tunnel

Basso costo
Rumore basso
Facilità di utilizzo
Ad alta velocità
Bassa potenza
Insensibile alle radiazioni nucleari

Svantaggi del diodo a tunnel

Essendo un dispositivo a due terminali, non fornisce isolamento tra i circuiti di uscita e di ingresso.
L'intervallo di tensione, che può essere utilizzato correttamente in 1 volt o inferiore.

Si tratta di Diodo a tunnel circuito con operazioni, schema elettrico e sue applicazioni. Riteniamo che le informazioni fornite in questo articolo siano utili per una migliore comprensione di questo progetto. Inoltre, qualsiasi domanda riguardante questo articolo o qualsiasi aiuto nell'implementazione del progetti elettrici ed elettronici , puoi sentirti libero di contattarci collegandoti nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te, qual è il principio principale dell'effetto Tunneling?

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