Tunnel Diode เป็นที่รู้จักกันในชื่อ Eskari diode และเป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่มีการเจือปนสูงซึ่งสามารถทำงานได้รวดเร็วมาก Leo Esaki ได้ประดิษฐ์ Tunnel diode ในเดือนสิงหาคม 2500 โดยทั่วไปแล้ววัสดุเจอร์เมเนียมนั้นใช้ในการทำไดโอดอุโมงค์ นอกจากนี้ยังสามารถทำจากวัสดุแกลเลียมอาร์เซไนด์และซิลิกอน จริงๆแล้วพวกมันถูกใช้ในเครื่องตรวจจับความถี่และตัวแปลง Tunnel diode แสดงความต้านทานเชิงลบในช่วงการทำงาน ดังนั้นจึงสามารถใช้เป็น เครื่องขยายเสียง , ออสซิลเลเตอร์และในวงจรสวิตชิ่งใด ๆ

Tunnel Diode คืออะไร?

Tunnel Diode คือ ทางแยก P-N อุปกรณ์ที่แสดงความต้านทานเชิงลบ เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นมากกว่ากระแสที่ไหลผ่านจะลดลง มันทำงานบนหลักการของเอฟเฟกต์ Tunneling Metal-Insulator-Metal (MIM) diode เป็นไดโอด Tunnel ประเภทอื่น แต่การใช้งานในปัจจุบันดูเหมือนจะ จำกัด เฉพาะในสภาพแวดล้อมการวิจัยเนื่องจากการสืบทอดความไวการใช้งานถือว่า จำกัด เฉพาะในสภาพแวดล้อมการวิจัย มีอีกหนึ่งไดโอดที่เรียกว่า Metal-Insulator-Insulator-Metal (MIIM) ไดโอด ซึ่งรวมถึงชั้นฉนวนเพิ่มเติม อุโมงค์ไดโอดเป็นอุปกรณ์สองขั้วที่มีสารกึ่งตัวนำชนิด n เป็นขั้วลบและสารกึ่งตัวนำชนิด p เป็นขั้วบวก ไดโอดอุโมงค์ สัญลักษณ์วงจร ดังแสดงด้านล่าง

ไดโอดอุโมงค์

ปรากฏการณ์การทำงานของไดโอดอุโมงค์

ตามทฤษฎีกลศาสตร์คลาสสิกอนุภาคจะต้องได้รับพลังงานซึ่งเท่ากับความสูงของกำแพงพลังงานศักย์หากต้องเคลื่อนที่จากด้านหนึ่งของสิ่งกีดขวางไปยังอีกด้านหนึ่ง มิฉะนั้นจะต้องจัดหาพลังงานจากแหล่งภายนอกดังนั้นอิเล็กตรอนด้าน N ของทางแยกจึงสามารถกระโดดข้ามสิ่งกีดขวางทางแยกเพื่อไปยังด้าน P ของทางแยกได้ หากสิ่งกีดขวางนั้นบางเช่นในไดโอดอุโมงค์ตามสมการชเรอดิงเงอร์แสดงว่ามีความน่าจะเป็นจำนวนมากจากนั้นอิเล็กตรอนจะทะลุผ่านสิ่งกีดขวาง กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นโดยไม่มีการสูญเสียพลังงานในส่วนของอิเล็กตรอน พฤติกรรมของกลไกควอนตัมบ่งบอกถึงการขุดอุโมงค์ ความไม่บริสุทธิ์สูง อุปกรณ์เชื่อมต่อ P-N เรียกว่าอุโมงค์ไดโอด ปรากฏการณ์การขุดอุโมงค์ให้ผลของผู้ให้บริการส่วนใหญ่

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

ที่ไหน

‘E’ คือพลังงานของอุปสรรค
‘P’ คือความน่าจะเป็นที่อนุภาคข้ามสิ่งกีดขวาง
'W' คือความกว้างของสิ่งกีดขวาง

การก่อสร้าง Tunnel Diode

ไดโอดมีตัวเครื่องเซรามิกและมีฝาปิดผนึกอย่างแน่นหนาอยู่ด้านบน จุดดีบุกขนาดเล็กถูกผสมหรือบัดกรีให้เข้ากับเม็ดสี n-type Ge เม็ดถูกบัดกรีเข้ากับหน้าสัมผัสขั้วบวกซึ่งใช้สำหรับการกระจายความร้อน จุดดีบุกเชื่อมต่อกับหน้าสัมผัสแคโทดผ่านหน้าจอตาข่ายถูกใช้เพื่อลด การเหนี่ยวนำ .

การก่อสร้าง Tunnel Diode

การทำงานและลักษณะเฉพาะ

การทำงานของไดโอดอุโมงค์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวิธีการให้น้ำหนักสองวิธีเช่นเดินหน้าและถอยหลัง

ส่งต่อสภาพอคติ

ภายใต้สภาวะอคติไปข้างหน้าเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นกระแสจะลดลงและทำให้ไม่ตรงแนวมากขึ้นซึ่งเรียกว่าความต้านทานเชิงลบ การเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าจะนำไปสู่การทำงานเป็นไดโอดปกติที่การนำอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่าน P-N ไดโอดทางแยก . พื้นที่แนวต้านเชิงลบเป็นพื้นที่ปฏิบัติการที่สำคัญที่สุดสำหรับ Tunnel diode ไดโอด Tunnel diode และลักษณะของไดโอดทางแยก P-N ปกตินั้นแตกต่างกัน

สภาพอคติย้อนกลับ

ภายใต้สภาวะย้อนกลับไดโอดอุโมงค์จะทำหน้าที่เป็นไดโอดย้อนกลับหรือไดโอดย้อนกลับ ด้วยแรงดันไฟฟ้าออฟเซ็ตเป็นศูนย์สามารถทำหน้าที่เป็นวงจรเรียงกระแสที่รวดเร็ว ในสภาพไบแอสย้อนกลับสถานะว่างที่ด้าน n ที่สอดคล้องกับสถานะที่เติมในด้าน p ในทิศทางกลับกันอิเล็กตรอนจะเจาะทะลุผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น เนื่องจากความเข้มข้นของยาสลบสูงไดโอดอุโมงค์จึงทำหน้าที่เป็นตัวนำที่ดีเยี่ยม

ลักษณะอุโมงค์ไดโอด

ความต้านทานไปข้างหน้ามีน้อยมากเนื่องจากผลของการขุดเจาะอุโมงค์ แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของกระแสจนกว่าจะถึงกระแสไฟฟ้าสูงสุด แต่ถ้าแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเกินแรงดันไฟฟ้าสูงสุดกระแสไฟฟ้าจะลดลงโดยอัตโนมัติ แนวต้านเชิงลบนี้มีชัยจนถึงจุดหุบเขา กระแสไฟฟ้าผ่านไดโอดต่ำสุดที่จุดหุบเขา ไดโอดอุโมงค์จะทำหน้าที่เป็นไดโอดปกติหากอยู่เลยจุดหุบเขา

ส่วนประกอบปัจจุบันใน Tunnel Diode

กระแสรวมของไดโอดอุโมงค์แสดงไว้ด้านล่าง

ผม_t= ฉัน_ทำ+ ฉัน_{ไดโอด}+ ฉัน_{ส่วนเกิน}

กระแสที่ไหลในไดโอดอุโมงค์จะเหมือนกับกระแสที่ไหลในไดโอดทางแยก PN ปกติซึ่งได้รับด้านล่าง

ผม_{ไดโอด}= ฉัน_ทำ* (ประสบการณ์ ( เหรอ? * V_t)) -1

ผม_ทำ - กระแสอิ่มตัวย้อนกลับ

V_t - แรงดันไฟฟ้าเทียบเท่าอุณหภูมิ

V - แรงดันไฟฟ้าข้ามไดโอด

ที่ - Correction factor 1 สำหรับ Ge และ 2 สำหรับ Si

เนื่องจากการขุดอุโมงค์ปรสิตผ่านทางสิ่งสกปรกกระแสไฟฟ้าส่วนเกินจะถูกพัฒนาขึ้นและเป็นกระแสเพิ่มเติมที่สามารถกำหนดจุดหุบเขาได้ กระแสอุโมงค์เป็นไปตามที่ระบุด้านล่าง

ผม_ทำ= (V / R₀) * exp (- (V / V₀)^ม)

ที่ไหน V₀ = 0.1 ถึง 0.5 โวลต์และ m = 1 ถึง 3

ร₀ = ความต้านทานไดโอดอุโมงค์

กระแสสูงสุดแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของไดโอดอุโมงค์

แรงดันไฟฟ้าสูงสุดและกระแสไฟฟ้าสูงสุดของไดโอดอุโมงค์เป็นค่าสูงสุด โดยทั่วไปสำหรับ Tunnel diode แรงดันไฟฟ้าที่ตัดจะมากกว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุด และกระแสเกินและกระแสไดโอดถือได้ว่ามีค่าเล็กน้อย

สำหรับกระแสไดโอดต่ำสุดหรือสูงสุด

V = V_{จุดสูงสุด}จาก_ทำ/ dV = 0

(1 / ร₀) * (ประสบการณ์ (- (V / V₀)^ม) - (ม. * (V / V₀)^ม* ประสบการณ์ (- (V / V₀)^ม) = 0

“เบรกเกอร์วงจรประเภทต่างๆ ”

จากนั้น 1 - m * (V / V₀)^ม= 0

Vpeak = ((1 / ม.)^{(1 / ม.)}) * V₀* ประสบการณ์ (-1 / ม.)

ความต้านทานเชิงลบสูงสุดของไดโอดอุโมงค์

ความต้านทานเชิงลบของสัญญาณขนาดเล็กได้รับด้านล่าง

ร_n= 1 / (dI / dV) = อาร์₀/ (1 - (ม. * (V / V₀)^ม) * exp (- (V / V₀)^ม) / ร₀= 0

ถ้า dI / dV = 0 ร_n สูงสุดแล้ว

(ม. * (V / V₀)^ม) * exp (- (V / V₀)^ม) / ร₀= 0

ถ้า V = V₀* (1 + 1 / ม.)^{(1 / ม.)} จากนั้นจะเป็นค่าสูงสุดดังนั้นสมการจะเป็น

(ร_n)_{สูงสุด}= - (ร₀* ((ประสบการณ์ (1 + ม.)) / ม.)) / ม

แอพพลิเคชั่น Tunnel Diode

เนื่องจากกลไกการขุดอุโมงค์จึงใช้เป็นสวิตช์ความเร็วสูงพิเศษ
เวลาในการเปลี่ยนเป็นลำดับนาโนวินาทีหรือแม้แต่พิโควินาที
เนื่องจากคุณสมบัติที่มีมูลค่าสามเท่าของเส้นโค้งจากปัจจุบันจึงใช้เป็นอุปกรณ์จัดเก็บหน่วยความจำตรรกะ
เนื่องจากความจุการเหนี่ยวนำและความต้านทานเชิงลบที่มีขนาดเล็กมากจึงใช้เป็นไมโครเวฟออสซิลเลเตอร์ที่ความถี่ประมาณ 10 GHz
เนื่องจากความต้านทานเชิงลบจึงใช้เป็นวงจรออสซิลเลเตอร์เพื่อการผ่อนคลาย

ประเภทของไดโอดอุโมงค์

ข้อดีของ Tunnel Diode

ราคาถูก
เสียงเบา
ใช้งานง่าย
ความเร็วสูง
พลังงานต่ำ
ไม่ไวต่อการแผ่รังสีนิวเคลียร์

ข้อเสียของ Tunnel Diode

เนื่องจากเป็นอุปกรณ์สองขั้วจึงไม่มีการแยกระหว่างวงจรเอาต์พุตและวงจรอินพุต
ช่วงแรงดันไฟฟ้าซึ่งสามารถทำงานได้อย่างถูกต้องใน 1 โวลต์หรือต่ำกว่า

ทั้งหมดนี้เกี่ยวกับไฟล์ ไดโอดอุโมงค์ วงจรที่มีการดำเนินการแผนภาพวงจรและการใช้งาน เราเชื่อว่าข้อมูลที่ให้ไว้ในบทความนี้เป็นประโยชน์สำหรับคุณในการทำความเข้าใจโครงการนี้ให้ดีขึ้น นอกจากนี้คำถามใด ๆ เกี่ยวกับบทความนี้หรือความช่วยเหลือใด ๆ ในการใช้งาน โครงการไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ คุณสามารถติดต่อเราได้โดยการเชื่อมต่อในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง นี่คือคำถามสำหรับคุณหลักการสำคัญของ Tunneling Effect คืออะไร?

เครดิตภาพ: