דיודת מנהרה ידועה גם בשם דיודת Eskari והיא מוליכים למחצה מסוממים מאוד המסוגלים לפעולה מהירה מאוד. ליאו עסקי המציא את דיודת המנהרות באוגוסט 1957. חומר הגרמניום משמש בעצם לייצור דיודות מנהרה. הם יכולים להיות מיוצרים גם מחומרי גלידיום וחומרי סיליקון. למעשה, הם משמשים בגלאי תדרים וממירים. דיודת המנהרה מציגה עמידות שלילית בטווח הפעולה שלהם. לכן, זה יכול לשמש כ מגבר , מתנדים ובכל מעגל מיתוג.
מהי דיודת מנהרה?
דיודת המנהרה היא צומת P-N מכשיר המציג עמידות שלילית. כאשר המתח גדל מהזרם שזורם בו פוחת. זה עובד על העיקרון של אפקט המנהור. דיודת מתכת-מבודדת-מתכת (MIM) היא סוג אחר של דיודות מנהרה, אך נראה כי יישומה הנוכחי מוגבל לסביבות מחקר בשל רגישויות תורשתיות, ויישומיה נחשבים מוגבלים מאוד לסביבות מחקר. יש דיודה נוספת שנקראת דיודת מתכת-מבודדת-מבודדת-מתכת (MIIM) הכולל שכבת בידוד נוספת. דיודת המנהרה היא מכשיר דו-מסופי עם מוליכים למחצה מסוג n כקטודה ומוליכים למחצה מסוג p כאנודה. דיודת המנהרה סמל מעגל הוא כמוצג להלן.
דיודת מנהרה
תופעת עבודה של דיודות מנהרה
בהתבסס על התיאוריה של המכניקה הקלאסית, על חלקיק לרכוש אנרגיה השווה לגובה מחסום האנרגיה הפוטנציאלי, אם עליו לעבור מצד אחד של המחסום לצד השני. אחרת, יש לספק אנרגיה ממקור חיצוני כלשהו, כך שהאלקטרונים הצידיים N יכולים לצלוח מעל מחסום הצומת כדי להגיע לצד ה- P של הצומת. אם המחסום דק כמו למשל בדיודת מנהרה, על פי משוואת שרודינגר מרמז שיש כמות גדולה של הסתברות ואז אלקטרון יחדור דרך המחסום. תהליך זה יקרה ללא כל אובדן אנרגיה מצד האלקטרון. התנהגות המכניקה הקוונטית מצביעה על מנהרה. הטומאה הגבוהה מכשירי צומת P-N נקראים דיודות מנהרה. תופעת המנהרות מספקת אפקט של רוב המוביל.
P∝exp (-A * E_b * W)
איפה,
'E' היא האנרגיה של המחסום,
'P' הוא ההסתברות שהחלקיק יעבור את המחסום,
'W' הוא רוחב המחסום
בניית דיודת מנהרות
לדיודה גוף קרמי ומעליו מכסה אטום הרמטית. נקודת פח קטנה מסותגת או מולחמת על גלולה מסוממת בכבדות מסוג Ge. הגלולה מולחמת למגע אנודה המשמש לפיזור חום. נקודת הפח מחוברת למגע הקתודה באמצעות מסך רשת המשמש להפחתה ההשראות .
בניית דיודת מנהרות
המבצע ומאפייניו
פעולת דיודת המנהרה כוללת בעיקר שתי שיטות הטיה כגון קדימה ואחורה
מצב הטיה קדימה
בתנאי ההטיה קדימה, ככל שהמתח עולה, הזרם אז יורד וכך הופך יותר ויותר לא נכון, המכונה התנגדות שלילית. עלייה במתח תוביל לפעולה כדיודה רגילה בה הולכת האלקטרונים עוברת על פני השטח דיודת צומת P-N . אזור ההתנגדות השלילי הוא אזור ההפעלה החשוב ביותר עבור דיודת מנהרה. דיודת המנהרה ומאפייני דיודות צומת ה- P-N הרגילים שונים זה מזה.
מצב הטיה הפוכה
במצב הפוך, דיודת המנהרה משמשת כדיודה אחורית או דיודה לאחור. עם מתח קיזוז אפס, הוא יכול לשמש כמיישר מהיר. במצב הטיה הפוכה, המצבים הריקים בצד ה- n מיושרים למצבים הממולאים בצד ה- p. בכיוון ההפוך, האלקטרונים יסתדרו דרך מחסום פוטנציאלי. בגלל ריכוזי הסמים הגבוהים שלה, דיודת המנהרה משמשת כמוליך מצוין.
מאפייני דיודות מנהרה
ההתנגדות קדימה קטנה מאוד בגלל אפקט המנהור שלה. עלייה במתח תוביל לעלייה בזרם עד שהוא יגיע לזרם השיא. אך אם המתח גדל מעבר למתח השיא, הזרם יקטן אוטומטית. אזור התנגדות שלילי זה שורר עד לנקודת העמק. הזרם דרך הדיודה הוא מינימלי בנקודת העמק. דיודת המנהרה משמשת כדיודה רגילה אם היא מעבר לנקודת העמק.
רכיבים נוכחיים בדיודת מנהרה
הזרם הכולל של דיודת מנהרה מופיע להלן
אניt= אנילעשות+ אנידיודה+ אניעודף
הזרם הזורם בדיודת המנהרה זהה לזרם הזורם בדיודת צומת PN הרגילה המובאת להלן
אנידיודה= אנילַעֲשׂוֹת* (exp ( ? * ויt)) -1
אנילַעֲשׂוֹת - זרם רוויה הפוך
וt - שווה ערך לטמפרטורה
ו - מתח על פני הדיודה
ה - גורם תיקון 1 עבור Ge ו- 2 עבור Si
בשל המנהור הטפילי באמצעות זיהומים, יתפתח הזרם העודף וזהו זרם נוסף שבאמצעותו ניתן לקבוע את נקודת העמק. זרם המנהור הוא כמפורט להלן
אנילעשות= (V / R0) * exp (- (V / V.0)M)
איפה, ו0 = 0.1 עד 0.5 וולט ו- m = 1 עד 3
ר0 = עמידות לדיודות מנהרה
זרם שיא, שיא מתח של דיודת מנהרה
מתח השיא וזרם השיא של דיודת מנהרה הם מרביים. בדרך כלל עבור דיודת מנהרה, חתך המתח הוא יותר ממתח השיא. וזרם העודף וזרם הדיודה יכולים להיחשב זניחים.
לזרם דיודה מינימלי או מקסימלי
V = V.שִׂיא, שללעשות/ dV = 0
(1 / R0) * (exp (- (V / V.)0)M) - (m * (V / V.0)M* exp (- (V / V0)M) = 0
ואז, 1 - מ '* (V / V0)M= 0
Vpeak = ((1 / מ ')(1 / מ ')) * V0* exp (-1 / m)
עמידות שלילית מקסימאלית של דיודת מנהרה
ההתנגדות השלילית של אות קטן מובאת להלן
רנ= 1 / (dI / dV) = R.0/ (1 - (m * (V / V.)0)M) * exp (- (V / V.0)M) / ר0= 0
אם dI / dV = 0, רנ הוא מקסימלי, אם כן
(m * (V / V0)M) * exp (- (V / V.0)M) / ר0= 0
אם V = V.0* (1 + 1 / מ ')(1 / מ ') אז יהיה מקסימלי, כך שהמשוואה תהיה
(רנ)מקסימום= - (R0* ((exp (1 + m)) / m)) / m
יישומי דיודות מנהרות
- בשל מנגנון המנהור, הוא משמש כמתג מהיר במיוחד.
- זמן המעבר הוא בסדר גודל של ננו-שניות ואפילו פיקו-שניות.
- בשל התכונה המוערכת המשולשת של העקומה שלה מהזרם, הוא משמש כמכשיר אחסון זיכרון לוגי.
- בשל קיבוליות, השראות והתנגדות שלילית קטנה במיוחד, הוא משמש כמתנד מיקרוגל בתדר של כ -10 ג'יגה הרץ.
- בשל עמידותו השלילית, הוא משמש כמעגל מתנד הרפיה.
יתרונות דיודת המנהרות
- זול
- רעש חלש
- קלות תפעול
- מהירות גבוהה
- צריכת חשמל נמוכה
- חסר רגישות לקרינה גרעינית
חסרונות דיודת המנהרות
- בהיותו מכשיר דו-מסופי, הוא אינו מספק בידוד בין מעגלי הפלט והקלט.
- טווח המתח, שניתן להפעיל כראוי בוולט 1 ומטה.
זה הכל על דיודת מנהרה מעגל עם פעולות, תרשים מעגלים ויישומיו. אנו מאמינים שהמידע המופיע במאמר זה מועיל עבורך להבנה טובה יותר של פרויקט זה. יתר על כן, כל שאלה בנוגע למאמר זה או כל עזרה ביישום ה- פרויקטים של חשמל ואלקטרוניקה , אתה מוזמן לפנות אלינו על ידי התחברות בסעיף ההערות למטה. הנה שאלה עבורך, מהו העיקרון העיקרי של אפקט המנהור?
נקודות זיכוי:
- דיודת מנהרה ויקימדיה
- בניית דיודת מנהרות סוויסן
- מאפייני דיודות מנהרה בלוג ספוט
- סוגי דיודות מנהרות הנדסת אלקטרוניקה
