Здравствуйте уважаемые подписчики и посетители моего канала! Мы продолжаем знакомиться с удивительным миром электроники и сегодня в центре нашего внимания поистине уникальный элемент с уникальными свойствами – туннельный диод. В этой статье я расскажу об устройстве и принципе его работы, а также в какой сфере нашел применение туннельный диод. Итак, начнем.
Что такое туннельный диод
Определение
Итак, туннельный диод – это полупроводниковый диод, созданный на базе вырожденного полупроводника, на ВАХ (Вольт Амперная Характеристика) которого присутствует область с отрицательным дифференциальным сопротивлением при приложении напряжения в прямом направлении, который объясняется туннельным эффектом.
Кто и когда создал
Данный элемент впервые был предложен в 1957 году ученым из Японии
Р. Эсаки и изготавливался либо из германия, либо из арсенида галлия с огромным количеством присадок с минимальным удельным сопротивлением.
Более удачной было признана компоновка с арсенидом галлия, где применялись: Доноры – олово, сера, теллур, свинец, селен и также акцепторы – кадмий и цинк.
За экспериментальное обнаружение эффекта туннелирования электронов в диодах в 1973 году Р. Эсаки был удостоен Нобелевской премии.
Принцип действия и особенности туннельного диода
Для туннельных диодов с экстремально малым сопротивлением, относящимся к так называемой группе вырожденных, свойственны следующие особенности:
Если сравнить с обычными диодными устройствами, то электронно-дырочный переход в несколько десятков раз тоньше у туннельных диодов.
А вот потенциальный барьер наоборот выше в два раза по сравнению с обычными полупроводниковыми элементами.
Кроме этого на изделиях присутствует напряженность поля величиной в 106 В/см даже после отключения напряжения питания.
При этом уникальные свойства проявляются в его ВАХ при прямом смещении в полупроводнике.
Если вы внимательно посмотрите на выше представленную схему, то увидите, что на участке «А» ток возрастает с ростом напряжения, а вот уже на участке «В» наблюдается проявление полупроводником отрицательного сопротивления (туннельный эффект). Это приводит к тому, что при росте напряжения ток наоборот уменьшается. Но уже на участке «С» мы наблюдаем вновь прямую зависимость увеличения тока от роста напряжения на элементе.
Так вот туннельные диоды работают в области «В», рост напряжения выключает его, а снижение – включает.
Главные параметры изделия
Если необходимо выбрать туннельный диод, то следует обращать внимание на следующие параметры:
1. Ток пика – это максимально возможный ток прямого направления;
2. Пиковое напряжение, которое характерно для тока пика;
3. Минимальный ток (или как его еще называют – ток впадины) и соответствующее этому току напряжение;
4. Максимальный перепад напряжений;
5. Емкость – между выводами полупроводника при конкретной вольтовой характеристике смещения.
Где применяются
Туннельные диоды применяются в таких областях как:
1. В роли высокоскоростного выключателя.
2. В роли усилителя, где рост напряжения провоцирует более значительное изменение силы тока чем в других полупроводниках.
3. Для приема и усиления электромагнитных колебаний.
4. В различных радиоэлектронных переключателях, работающих на повышенных частотах до 30-100 ГГц.
Плюсы и минусы устройства
К плюсам данного элемента можно отнести следующие моменты:
- Особая ВАХ;
- высокое быстродействие в купе с минимальной инерционностью;
- повышенная устойчивость к ионизированному излучению;
- минимальное потребление энергии от источника питания (до 30 милливольт).
К минусам же относятся следующие аспекты:
- Изделие подвержено значительному «старению», что приводит к существенному изменению заявленных характеристик с течением времени.
- Туннельный диод - крайне чувствительный элемент, поэтому его нельзя: перегревать (например, паяльником), прозванивать, а переносить необходимо только в специальных контейнерах.
Возможно вам будет интересно:
Что нужно знать каждому об умных электросчетчиках
Это все, что я хотел вам рассказать о таком удивительном элементе как туннельный диод. Если вам понравилась статья и было интересно, тогда с вас палец вверх и спасибо, что дочитали до конца!
