Diode Tunnel còn được gọi là diode Eskari và nó là một chất bán dẫn được pha tạp nhiều có khả năng hoạt động rất nhanh. Leo Esaki đã phát minh ra điốt đường hầm vào tháng 8 năm 1957. Vật liệu Germanium về cơ bản được sử dụng để chế tạo điốt đường hầm. Chúng cũng có thể được làm từ vật liệu arsenide gali và silicon. Trên thực tế, chúng được sử dụng trong máy dò và chuyển đổi tần số. Diode Tunnel thể hiện điện trở âm trong phạm vi hoạt động của chúng. Do đó, nó có thể được sử dụng như một bộ khuếch đại , bộ dao động và trong bất kỳ mạch chuyển mạch nào.

Diode đường hầm là gì?

Tunnel Diode là Ngã ba P-N thiết bị thể hiện điện trở âm. Khi tăng hiệu điện thế dòng điện chạy qua nó giảm. Nó hoạt động trên nguyên tắc của hiệu ứng Tunneling. Diode Metal-Insulator-Metal (MIM) là một loại khác của Diode Tunnel, nhưng ứng dụng hiện tại của nó dường như bị giới hạn trong các môi trường nghiên cứu do độ nhạy kế thừa, các ứng dụng của nó được coi là rất hạn chế trong các môi trường nghiên cứu. Có một diode nữa được gọi là Diode kim loại-cách điện-cách điện-kim loại (MIIM) trong đó bao gồm một lớp cách điện bổ sung. Điốt đường hầm là một thiết bị hai đầu với chất bán dẫn loại n làm cực âm và chất bán dẫn loại p làm cực dương. Điốt đường hầm ký hiệu mạch như hình dưới đây.

Diode đường hầm

Hiện tượng làm việc điốt đường hầm

Dựa trên lý thuyết cơ học cổ điển, một hạt phải nhận được năng lượng bằng với chiều cao của rào cản thế năng, nếu nó phải di chuyển từ bên này sang bên kia của rào cản. Nếu không, năng lượng phải được cung cấp từ một số nguồn bên ngoài, vì vậy các điện tử mặt N của đường giao nhau có thể nhảy qua rào cản của đường giao nhau để đến mặt P của đường giao nhau. Nếu rào cản mỏng chẳng hạn như trong điốt đường hầm, theo phương trình Schrodinger ngụ ý rằng có một lượng lớn xác suất và khi đó một điện tử sẽ xuyên qua rào cản. Quá trình này sẽ xảy ra mà không có bất kỳ tổn thất năng lượng nào trên một phần của điện tử. Hoạt động của cơ lượng tử chỉ ra sự đào hầm. Tạp chất cao Thiết bị nối P-N được gọi là điốt đường hầm. Hiện tượng đường hầm tạo ra hiệu ứng sóng mang phần lớn.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Ở đâu,

‘E’ là năng lượng của kết giới,
'P' là xác suất hạt vượt qua rào cản,
‘W’ là chiều rộng của rào cản

Xây dựng điốt đường hầm

Diode có thân bằng gốm và nắp đậy kín ở phía trên. Một chấm thiếc nhỏ được hợp kim hoặc hàn vào một viên Ge loại n pha tạp nhiều. Viên này được hàn tiếp xúc với cực dương được sử dụng để tản nhiệt. Chấm thiếc được kết nối với tiếp điểm catốt thông qua một màn lưới được sử dụng để giảm điện cảm .

Xây dựng điốt đường hầm

Hoạt động và các đặc điểm của nó

Hoạt động của diode đường hầm chủ yếu bao gồm hai phương pháp phân cực như thuận và nghịch

Điều kiện thiên vị chuyển tiếp

Trong điều kiện phân cực thuận, khi điện áp tăng, dòng điện giảm và do đó ngày càng bị lệch, được gọi là điện trở âm. Sự gia tăng điện áp sẽ dẫn đến hoạt động như một diode bình thường, nơi sự dẫn truyền của các electron đi qua Điốt tiếp giáp P-N . Vùng kháng âm là vùng hoạt động quan trọng nhất đối với diode Tunnel. Các đặc tính của diode Tunnel và diode tiếp giáp P-N bình thường là khác nhau.

Điều kiện thiên vị ngược

Trong điều kiện ngược lại, diode đường hầm hoạt động như một diode lùi hoặc diode ngược. Với điện áp bù bằng không, nó có thể hoạt động như một bộ chỉnh lưu nhanh. Trong điều kiện phân cực ngược, các trạng thái trống ở phía n được căn chỉnh với các trạng thái đã lấp đầy ở phía p. Theo chiều ngược lại, các điện tử sẽ đào xuyên qua một hàng rào thế năng. Do có nồng độ pha tạp cao, diode đường hầm hoạt động như một chất dẫn điện tuyệt vời.

Đặc điểm Diode Đường hầm

Lực cản phía trước là rất nhỏ vì tác dụng đào hầm của nó. Sự gia tăng điện áp sẽ dẫn đến sự gia tăng dòng điện cho đến khi nó đạt đến dòng điện cực đại. Nhưng nếu điện áp tăng vượt quá điện áp đỉnh thì dòng điện sẽ tự động giảm. Vùng kháng cự tiêu cực này chiếm ưu thế cho đến điểm thung lũng. Dòng điện qua diode là tối thiểu tại điểm thung lũng. Diode đường hầm hoạt động như một diode bình thường nếu nó nằm ngoài điểm thung lũng.

Các thành phần hiện tại trong một diode đường hầm

Tổng dòng điện của một diode đường hầm được cho dưới đây

Tôi_t= Tôi_làm+ Tôi_diode+ Tôi_{dư thừa}

Dòng điện chạy trong điốt đường hầm giống như dòng điện chạy trong điốt tiếp giáp PN bình thường được cho dưới đây

Tôi_diode= Tôi_làm* (exp ( ? * V_t)) -1

Tôi_làm - Ngược dòng bão hòa

V_t - Điện áp tương đương với nhiệt độ

V - Điện áp trên diode

các - Hệ số hiệu chỉnh 1 cho Ge và 2 cho Si

Do quá trình đào hầm ký sinh thông qua các tạp chất, dòng điện dư thừa sẽ được tạo ra và nó là dòng điện bổ sung mà điểm thung lũng có thể được xác định. Dòng điện đường hầm như dưới đây

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

Ở đâu, V₀ = 0,1 đến 0,5 vôn và m = 1 đến 3

R₀ = Điện trở điốt đường hầm

Dòng điện đỉnh, điện áp đỉnh của Diode đường hầm

Điện áp đỉnh và dòng điện đỉnh của một diode đường hầm là cực đại. Thông thường đối với diode Tunnel, điện áp cắt nhiều hơn điện áp đỉnh. Và dòng điện dư và dòng diode có thể coi là không đáng kể.

Đối với dòng diode tối thiểu hoặc tối đa

V = V_{đỉnh cao}, của_làm/ dV = 0

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

“tại sao lại đặt một diode qua một cuộn dây rơle ”

Sau đó, 1 - m * (V / V₀)^m= 0

Vpeak = ((1 / m)^{(1 / m)}) * V₀* điểm kinh nghiệm (-1 / m)

Điện trở âm tối đa của Diode đường hầm

Điện trở âm của một tín hiệu nhỏ được đưa ra dưới đây

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

Nếu dI / dV = 0, R_n là tối đa, sau đó

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

Nếu V = V₀* (1 + 1 / m)^{(1 / m)} sau đó sẽ là cực đại, vì vậy phương trình sẽ là

(R_n)_{tối đa}= - (R₀* ((exp (1 + m)) / m)) / m

Ứng dụng Diode đường hầm

Do cơ chế đường hầm, nó được sử dụng như một công tắc tốc độ cực cao.
Thời gian chuyển đổi theo thứ tự của nano giây hoặc thậm chí pico giây.
Do đặc tính có giá trị gấp ba lần đường cong từ dòng điện, nó được sử dụng như một thiết bị lưu trữ bộ nhớ logic.
Do điện dung, độ tự cảm và điện trở âm cực nhỏ, nó được dùng làm bộ dao động vi ba ở tần số khoảng 10 GHz.
Do điện trở âm của nó, nó được sử dụng như một mạch dao động thư giãn.

các loại điốt đường hầm

Ưu điểm của Diode Tunnel

Giá thấp
Tiếng ồn thấp
Dê hoạt động
Tốc độ cao
Năng lượng thấp
Không nhạy cảm với bức xạ hạt nhân

Nhược điểm của Diode đường hầm

Là một thiết bị hai đầu cuối, nó không cung cấp sự cách ly giữa các mạch đầu ra và đầu vào.
Dải điện áp, có thể hoạt động đúng mức 1 vôn hoặc thấp hơn.

Đây là tất cả về Diode đường hầm mạch với các hoạt động, sơ đồ mạch và các ứng dụng của nó. Chúng tôi tin rằng những thông tin được đưa ra trong bài viết này là hữu ích để bạn hiểu rõ hơn về dự án này. Hơn nữa, bất kỳ truy vấn nào liên quan đến bài viết này hoặc bất kỳ trợ giúp nào trong việc triển khai dự án điện và điện tử , bạn có thể liên hệ với chúng tôi bằng cách kết nối trong phần bình luận bên dưới. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, nguyên tắc chính của Hiệu ứng Đường hầm là gì?

Tín ảnh: