Tunnel Diode juga dikenal sebagai dioda Eskari dan merupakan semikonduktor dengan doping tinggi yang mampu beroperasi sangat cepat. Leo Esaki menemukan dioda Terowongan pada bulan Agustus 1957. Bahan Germanium pada dasarnya digunakan untuk membuat dioda terowongan. Mereka juga bisa dibuat dari galium arsenida dan bahan silikon. Sebenarnya, mereka digunakan dalam detektor dan konverter frekuensi. Dioda Tunnel menunjukkan resistansi negatif dalam jangkauan operasinya. Oleh karena itu, dapat digunakan sebagai file penguat , osilator dan di sirkuit sakelar apa pun.

Apa itu Tunnel Diode?

Tunnel Diode adalah Persimpangan P-N perangkat yang menunjukkan resistansi negatif. Ketika tegangan dinaikkan maka arus yang mengalir melaluinya berkurang. Ini bekerja berdasarkan prinsip efek Tunneling. Dioda Metal-Insulator-Metal (MIM) adalah jenis lain dari dioda Tunnel, tetapi aplikasinya saat ini tampaknya terbatas pada lingkungan penelitian karena kepekaan yang diturunkan, aplikasinya dianggap sangat terbatas pada lingkungan penelitian. Ada satu dioda lagi yang disebut Dioda Metal-Insulator-Insulator-Metal (MIIM) yang mencakup lapisan isolator tambahan. Dioda terowongan adalah perangkat dua terminal dengan semikonduktor tipe-n sebagai katoda dan semikonduktor tipe-p sebagai anoda. Dioda terowongan simbol sirkuit seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Tunnel Diode

Fenomena Kerja Dioda Terowongan

Berdasarkan teori mekanika klasik, sebuah partikel harus memperoleh energi yang setara dengan tinggi penghalang energi potensial, jika harus berpindah dari satu sisi penghalang ke sisi lainnya. Jika tidak, energi harus disuplai dari beberapa sumber eksternal, sehingga elektron sisi-N dari persimpangan dapat melompati penghalang persimpangan untuk mencapai sisi-P dari persimpangan. Jika penghalang tipis seperti di dioda terowongan, menurut persamaan Schrodinger berarti ada sejumlah besar kemungkinan dan kemudian sebuah elektron akan menembus penghalang. Proses ini akan terjadi tanpa adanya kehilangan energi pada bagian elektron. Perilaku mekanika kuantum menunjukkan penerowongan. Pengotor yang tinggi Perangkat persimpangan P-N disebut sebagai terowongan-dioda. Fenomena tunneling memberikan efek pembawa mayoritas.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

Dimana,

'E' adalah energi penghalang,
'P' adalah probabilitas partikel melintasi penghalang,
'W' adalah lebar penghalang

Pembangunan Tunnel Diode

Dioda memiliki badan keramik dan tutup penyegel kedap udara di atasnya. Titik timah kecil dipadukan atau disolder ke pelet Ge tipe-n yang diolah dengan berat. Pelet disolder ke kontak anoda yang digunakan untuk pembuangan panas. Tin-dot dihubungkan ke kontak katoda melalui mesh screen yang digunakan untuk mereduksi induktansi .

Pembangunan Tunnel Diode

Operasi dan Karakteristiknya

Pengoperasian dioda terowongan terutama mencakup dua metode bias seperti maju dan mundur

Kondisi Forward Bias

Di bawah kondisi bias maju, saat tegangan meningkat, arus berkurang dan dengan demikian menjadi semakin tidak sejajar, yang dikenal sebagai resistansi negatif. Peningkatan tegangan akan menyebabkan operasi sebagai dioda normal di mana konduksi elektron bergerak melintasi Dioda persimpangan P-N . Wilayah resistansi negatif adalah wilayah operasi terpenting untuk dioda Tunnel. Karakteristik dioda Tunnel dan dioda sambungan P-N normal berbeda satu sama lain.

Kondisi Reverse Bias

Di bawah kondisi sebaliknya, dioda terowongan bertindak sebagai dioda belakang atau dioda mundur. Dengan tegangan offset nol, ia dapat bertindak sebagai penyearah cepat. Dalam kondisi bias terbalik, status kosong di sisi n sejajar dengan status terisi di sisi p. Dalam arah sebaliknya, elektron akan menerobos melalui penghalang potensial. Karena konsentrasi dopingnya yang tinggi, dioda terowongan bertindak sebagai konduktor yang sangat baik.

Karakteristik Tunnel Diode

Hambatan maju sangat kecil karena efek terowongannya. Peningkatan tegangan akan menyebabkan peningkatan arus hingga mencapai arus puncak. Tetapi jika tegangan dinaikkan melebihi tegangan puncak maka arus akan turun secara otomatis. Wilayah perlawanan negatif ini berlaku sampai titik lembah. Arus yang melalui dioda minimum di titik lembah. Dioda terowongan bertindak sebagai dioda normal jika berada di luar titik lembah.

Komponen Arus dalam Dioda Terowongan

Arus total dari dioda terowongan diberikan di bawah ini

saya_t= Saya_melakukan+ Saya_dioda+ Saya_kelebihan

Arus yang mengalir di dioda terowongan sama dengan arus yang mengalir di dioda persimpangan PN normal yang diberikan di bawah ini

saya_dioda= Saya_melakukan* (exp ( ? * V_t)) -1

saya_melakukan - Membalik arus saturasi

V._t - Tegangan setara suhu

V. - Tegangan melintasi dioda

itu - Faktor koreksi 1 untuk Ge dan 2 untuk Si

Karena terowongan parasit melalui pengotor, arus berlebih akan berkembang dan ini merupakan arus tambahan yang titik lembahnya dapat ditentukan. Arus tunneling seperti yang diberikan di bawah ini

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

Dimana, V.₀ = 0,1 hingga 0,5 volt dan m = 1 hingga 3

R₀ = Resistensi dioda terowongan

Arus Puncak, Tegangan Puncak Dioda Terowongan

Tegangan puncak dan arus puncak dioda terowongan adalah maksimum. Biasanya untuk dioda Tunnel, pemutusan tegangan lebih dari tegangan puncak. Dan arus berlebih dan arus dioda dapat dianggap dapat diabaikan.

Untuk arus dioda minimum atau maksimum

V = V_puncak, dari_melakukan/ dV = 0

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

“contoh konverter analog ke digital ”

Kemudian, 1 - m * (V / V₀)^m= 0

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

Resistensi Negatif Maksimum dari Dioda Terowongan

Resistensi negatif dari sinyal kecil diberikan di bawah ini

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

If dI/dV= 0, R_n maksimal, lalu

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

Jika V = V₀* (1 + 1 / m)^{(1 / m)} maka akan menjadi maksimum, sehingga persamaannya menjadi

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

Aplikasi Tunnel Diode

Karena mekanisme tunneling, ini digunakan sebagai sakelar berkecepatan sangat tinggi.
Waktu peralihan dalam urutan nanodetik atau bahkan pikodetik.
Karena fitur tiga nilai kurva dari arus, itu digunakan sebagai perangkat penyimpanan memori logika.
Karena kapasitansi, induktansi dan resistansi negatif yang sangat kecil, ini digunakan sebagai osilator gelombang mikro pada frekuensi sekitar 10 GHz.
Karena resistansi negatifnya, itu digunakan sebagai rangkaian osilator relaksasi.

jenis dioda terowongan

Keuntungan dari Tunnel Diode

Biaya rendah
Kebisingan rendah
Kemudahan pengoperasian
Kecepatan tinggi
Daya rendah
Tidak sensitif terhadap radiasi nuklir

Kekurangan dari Tunnel Diode

Menjadi perangkat dua terminal, ia tidak memberikan isolasi antara rangkaian keluaran dan masukan.
Kisaran tegangan, yang dapat dioperasikan dengan baik dalam 1 volt atau di bawahnya.

Ini semua tentang Tunnel Diode sirkuit dengan operasi, diagram sirkuit dan aplikasinya. Kami percaya bahwa informasi yang diberikan dalam artikel ini bermanfaat bagi Anda untuk lebih memahami proyek ini. Selanjutnya, setiap pertanyaan tentang artikel ini atau bantuan apa pun dalam mengimplementasikan proyek listrik dan elektronik , Anda dapat dengan bebas mendekati kami dengan menghubungkan di bagian komentar di bawah. Ini pertanyaan untuk Anda, apa prinsip utama dari Tunneling Effect?

Kredit Foto: