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, как устроен и где применяется

Что такое туннельный диод

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.

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.

Что такое туннельный диод, как устроен и где применяется

За экспериментальное обнаружение эффекта туннелирования электронов в диодах в 1973 году Р. Эсаки был удостоен Нобелевской премии.

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.

Что такое туннельный диод, как устроен и где применяется

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.

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.

Что такое туннельный диод, как устроен и где применяется

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.

Что такое туннельный диод, как устроен и где применяется

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!


Поделись!