Zajímavý

Tunelová dioda: mikrovlnná dioda Easki

Tunelová dioda: mikrovlnná dioda Easki

Tunelová dioda je typ mikrovlnné polovodičové diody, kterou lze použít v oscilátorech i zesilovačích.

Spíše než použít standardní fyziku běžného PN přechodu používá tunelová dioda kvantově mechanický efekt zvaný tunelování - od kterého získává svůj název.

Efekt tunelování dává tunelové diodě oblast negativního odporu, což umožňuje její použití jako oscilátoru a také v aplikacích před zesilovačem při frekvencích hluboko do mikrovlnné oblasti.

Ačkoli tunelové diody dnes nejsou tak široce používány, stále je lze použít v řadě RF aplikací. Byly použity v předních oscilátorech televizních přijímačů a spouštěcích obvodech osciloskopu atd. Bylo prokázáno, že mají velmi dlouhou životnost a při použití jako předzesilovač RF mohou nabídnout velmi vysokou úroveň výkonu.

Dnes jsou však aplikace tunelových diod méně rozšířené, protože tři koncová zařízení mohou často nabídnout lepší úroveň výkonu v mnoha oblastech.

Objev tunelových diod

Tunelová dioda byla objevena v roce 1958 japonským Ph.D. student výzkumu jménem Esaki v roce 1958. Jako součást jeho Ph.D. zkoumal vlastnosti a výkon silně dotovaných germániových uzlů pro použití ve vysokorychlostních bipolárních tranzistorech.

Esaki vyrobil několik silně dotovaných křižovatek pro vysokorychlostní bipolární tranzistory. Když testoval a používal tato zařízení, zjistil, že v důsledku tunelovacího efektu vytvářejí oscilaci na mikrovlnných frekvencích.

Esaki získal Nobelovu cenu za fyziku v roce 1973 za práci na tunelové diodě.

Po práci Esakiho další vědci prokázali, že tunelovací efekt vykazovaly také jiné materiály. Holonyak a Lesk předvedli zařízení Gallium Arsenide v roce 1960 a další demonstrovali cín india a poté v roce 1962 byl účinek prokázán u materiálů včetně indium arsenidu, indiumfosfidu a také křemíku.

Symbol obvodu diody tunelu

Symbol tunelové diody použitý na schématech zapojení je založen na použitém základním symbolu diody. Aby bylo možné odlišit symbol tunelové diody od standardního symbolu diody, jsou do lišty symbolu obvodu přidány další ocasy.

Výhody a nevýhody

Tunelová dioda není v dnešní době tak rozšířená, jako byla jednou ovesná. Se zlepšením výkonu jiných forem polovodičových technologií se často staly upřednostňovanou možností. Přesto stojí za to podívat se na tunelovou diodu, s ohledem na její výhody a nevýhody, abyste zjistili, zda je to životaschopná volba.

Výhody

  • Velmi vysoká rychlost: Vysoká rychlost provozu znamená, že tunelovou diodu lze použít pro mikrovlnné RF aplikace.
  • Dlouhověkost: Byly provedeny studie tunelové diody a bylo prokázáno, že její výkon zůstává stabilní po dlouhou dobu, kde by se mohla zhoršit jiná polovodičová zařízení.

Nevýhody

  • Reprodukovatelnost: Nebylo možné vyrobit tunelovou diodu s tak reprodukovatelným výkonem na úrovně, které jsou často potřebné.
  • Poměr proudu mezi vrcholem a údolím: Oblast záporného odporu a proud mezi vrcholy a údolím nejsou tak vysoké, jak je často požadováno pro dosažení úrovně výkonu, které lze dosáhnout jinými zařízeními.

Jedním z hlavních důvodů časného úspěchu tunelové diody byla její vysoká rychlost provozu a vysoké frekvence, které dokázal zpracovat. To vyplynulo ze skutečnosti, že zatímco mnoho dalších zařízení je zpomaleno přítomností menšinových nosičů, tunelová dioda používá pouze většinové nosiče, tj. Díry v materiálu typu n a elektrony v materiálu typu p. Menšinoví dopravci zpomalují provoz zařízení a v důsledku toho je jejich rychlost nižší. Také tunelovací efekt je ze své podstaty velmi rychlý.

Tunelová dioda se v dnešní době používá jen zřídka, což vyplývá z jejích nevýhod. Nejprve mají pouze nízký tunelovací proud, což znamená, že se jedná o zařízení s nízkou spotřebou. I když to může být přijatelné pro nízkošumové zesilovače, je to významná nevýhoda, když jsou žalovány v oscilátorech, protože je zapotřebí dalšího zesílení, a to lze provést pouze zařízeními, která mají vyšší výkonovou schopnost, tj. Ne tunelovými diodami. Třetí nevýhodou je, že se jedná o problémy s reprodukovatelností zařízení, které vedou k nízkým výtěžkům a tedy k vyšším výrobním nákladům.

Aplikace

Ačkoli se tunelová dioda před několika lety objevila slibně, byla brzy nahrazena jinými polovodičovými zařízeními, jako jsou diody IMPATT pro aplikace oscilátorů a FET, pokud byly použity jako zesilovač. Přesto je tunelová dioda pro určité aplikace užitečným zařízením.

Jednou z oblastí, kde lze tunelovou diodu užitečně použít, je vojenské a jiné vybavení, které může být vystaveno magnetickým polím, vysokým teplotám a radioaktivitě. Tunelová dioda je odolnější vůči účinkům těchto prostředí a jako taková může být stále užitečně používána.

Další výhodou tunelové diody, která se začíná objevovat, je její životnost a spolehlivost. Jakmile je vyroben, jeho výkon zůstává stabilní po dlouhou dobu, i přes jeho použití, kde by se mohla zhoršit nebo selhat jiná zařízení.


Podívejte se na video: K čemu slouží Zenerova dioda (Leden 2022).