Um diodo túnel é também conhecido como diodo Eskari e é um semicondutor altamente dopado que é capaz de uma operação muito rápida. Leo Esaki inventou o diodo túnel em agosto de 1957. O material de germânio é basicamente usado para fazer diodos túnel. Eles também podem ser feitos de arsenieto de gálio e materiais de silício. Na verdade, eles são usados em detectores e conversores de frequência. O diodo túnel exibe resistência negativa em sua faixa de operação. Portanto, pode ser usado como um amplificador , osciladores e em quaisquer circuitos de comutação.

O que é um diodo túnel?

Diodo de túnel é o Junção P-N dispositivo que exibe resistência negativa. Quando a tensão é aumentada, a corrente que flui diminui. Funciona com o princípio do efeito de túnel. O diodo Metal-Insulator-Metal (MIM) é outro tipo de diodo Tunnel, mas sua aplicação atual parece estar limitada a ambientes de pesquisa devido às sensibilidades herdadas, suas aplicações consideradas muito limitadas a ambientes de pesquisa. Existe mais um diodo chamado Díodo de Metal-Isolador-Isolador-Metal (MIIM) que inclui uma camada isolante adicional. O diodo túnel é um dispositivo de dois terminais com semicondutor tipo n como cátodo e semicondutor tipo p como ânodo. O diodo do túnel símbolo de circuito é como mostrado abaixo.

Diodo Túnel

Fenômeno de trabalho de diodo de túnel

Com base na teoria da mecânica clássica, uma partícula deve adquirir energia igual à altura da barreira de energia potencial, se tiver que se mover de um lado para o outro da barreira. Caso contrário, a energia tem que ser fornecida de alguma fonte externa, de forma que os elétrons do lado N da junção possam pular a barreira da junção para alcançar o lado P da junção. Se a barreira for fina, como no diodo de túnel, de acordo com a equação de Schrodinger implica que existe uma grande probabilidade e então um elétron irá penetrar através da barreira. Este processo acontecerá sem nenhuma perda de energia por parte do elétron. O comportamento da mecânica quântica indica tunelamento. A alta impureza Dispositivos de junção P-N são chamados de díodos túnel. O fenômeno de tunelamento fornece um efeito de portadora majoritária.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Onde,

‘E’ é a energia da barreira,
‘P’ é a probabilidade de que a partícula cruze a barreira,
‘W’ é a largura da barreira

Construção de Diodo Túnel

O diodo possui um corpo cerâmico e uma tampa hermeticamente selada na parte superior. Um pequeno ponto de estanho é ligado ou soldado a uma pelota fortemente dopada de Ge tipo n. O pellet é soldado ao contato do ânodo, que é usado para dissipação de calor. O ponto de estanho é conectado ao contato do cátodo através de uma tela de malha é usada para reduzir a indutância .

Construção de Diodo Túnel

Operação e suas características

A operação do diodo túnel inclui principalmente dois métodos de polarização, como direto e reverso

Condição de polarização direta

Sob a condição de polarização direta, conforme a tensão aumenta, a corrente diminui e, portanto, fica cada vez mais desalinhada, conhecida como resistência negativa. Um aumento na tensão levará à operação como um diodo normal, onde a condução de elétrons viaja através do Díodo de junção P-N . A região de resistência negativa é a região operacional mais importante para um diodo túnel. As características do diodo túnel e do diodo de junção P-N normal são diferentes um do outro.

Condição de polarização reversa

Na condição reversa, o diodo túnel atua como um diodo retro ou diodo retroativo. Com tensão de deslocamento zero, ele pode atuar como um retificador rápido. Na condição de polarização reversa, os estados vazios no lado n são alinhados com os estados preenchidos no lado p. Na direção reversa, os elétrons irão se tunelar através de uma barreira de potencial. Por causa de suas altas concentrações de dopagem, o diodo túnel atua como um excelente condutor.

Características do diodo túnel

A resistência à frente é muito pequena por causa de seu efeito de túnel. Um aumento na tensão levará a um aumento na corrente até atingir o pico de corrente. Mas se a tensão aumentar além da tensão de pico, a corrente diminuirá automaticamente. Esta região de resistência negativa prevalece até o ponto do vale. A corrente através do diodo é mínima no ponto de vale. O diodo túnel atua como um diodo normal se estiver além do ponto de vale.

Componentes atuais em um diodo túnel

A corrente total de um diodo túnel é dada abaixo

eu_t= Eu_façam+ I_diodo+ I_excesso

A corrente que flui no diodo de túnel é a mesma que a corrente flui no diodo de junção PN normal, que é dado abaixo

eu_diodo= Eu_Faz* (exp ( ? * V_t)) -1

eu_Faz - Corrente de saturação reversa

V_t - Tensão equivalente à temperatura

V - Tensão através do diodo

a - Fator de correção 1 para Ge e 2 para Si

Devido ao tunelamento parasita via impurezas, o excesso de corrente se desenvolverá e é uma corrente adicional pela qual o ponto de vale pode ser determinado. A corrente de tunelamento é conforme abaixo

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

Onde, V₀ = 0,1 a 0,5 volts e m = 1 a 3

R₀ = Resistência do diodo túnel

Corrente de pico, tensão de pico do diodo túnel

A tensão de pico e a corrente de pico de um diodo de túnel são máximas. Normalmente, para um diodo túnel, o corte na tensão é maior do que a tensão de pico. E o excesso de corrente e de diodo podem ser considerados insignificantes.

Para uma corrente de diodo mínima ou máxima

V = V_pico, de_façam/ dV = 0

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

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Então, 1 - m * (V / V₀)^m= 0

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

Resistência negativa máxima de um diodo túnel

A resistência negativa de um pequeno sinal é fornecida abaixo

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

Se dI / dV = 0, R_n é máximo então

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

Se V = V₀* (1 + 1 / m)^{(1 / m)} então será máximo, então a equação será

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

Aplicações de diodo túnel

Devido ao mecanismo de tunelamento, é usado como uma chave de ultra alta velocidade.
O tempo de comutação é da ordem de nanossegundos ou mesmo picossegundos.
Devido à característica de triplo valor de sua curva de corrente, é usado como um dispositivo de armazenamento de memória lógica.
Devido à capacitância, indutância e resistência negativa extremamente pequenas, ele é usado como um oscilador de micro-ondas a uma frequência de cerca de 10 GHz.
Devido à sua resistência negativa, é utilizado como circuito oscilador de relaxamento.

tipos de diodos de túnel

Vantagens do diodo túnel

Baixo custo
Barulho baixo
De facil operação
Alta velocidade
Baixa potência
Insensível a radiações nucleares

Desvantagens do diodo túnel

Por ser um dispositivo de dois terminais, ele não fornece isolamento entre os circuitos de saída e entrada.
A faixa de tensão, que pode ser operada corretamente em 1 volt ou menos.

Isso é tudo sobre Diodo Túnel circuito com operações, diagrama de circuito e suas aplicações. Acreditamos que as informações fornecidas neste artigo são úteis para uma melhor compreensão deste projeto. Além disso, quaisquer dúvidas sobre este artigo ou qualquer ajuda na implementação do projetos elétricos e eletrônicos , sinta-se à vontade para nos abordar conectando-se na seção de comentários abaixo. Aqui está uma pergunta para você, qual é o princípio básico do efeito túnel?

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