Tunnel Diyot Nedir ? Nasıl Çalışır ? | Temel Elektronik Dersleri

TUNNEL DİYOT NEDİR ? 

Tunnel diyot nedir ? Tunnel diyot nasıl çalışır ? Tunnel diyotun avantajları nedir ? Tunnel diyot denklemleri nedir ? Tunnel diyot nerelerde kullanılır ? Bu ve benzeri sorulara cevap aradığımız Tunnel Diyot nedir adlı yazımızla karşınızdayız.

Diyotlarla ilgili seriye devam ediyoruz.

Başlayalım.

TUNNEL DİYOT 

Tunnel Diyot, Eskari diyot olarak da bilinir ve çok hızlı çalışabilen yüksek katkılı yarı iletkendir.Leo Esaki, Ağustos 1957’de Tunnel diyotunu icat etti.Germanium malzemesi temel olarak tunnel diyotları yapmak için kullanılmaktadır.

Ayrıca galyum arsenit ve silikon malzemelerden yapılabilir.Aslında, frekans dedektörleri ve dönüştürücüler kullanılır.Tunnel diyotu çalışma aralıklarında negatif direnç gösterir.Bu nedenle, bir amplifikatör, osilatör ve ya herhangi bir anahtarlama devresi olarak kullanılabilir.

Tunnel Diyot Nedir?

Tunnel Diyot, negatif direnç sergileyen P-N bağlantı cihazıdır.Gerilim arttığında, içinden akan akım azalır.Tunnel etkisi ilkesi üzerinde çalışır.

Metal-İzolatör(Insulator)-Metal (MIM) diyotu, başka bir tür Tunnel diyotudur, ancak mevcut uygulama, araştırma ortamları ile sınırlı olduğu düşünülen uygulamaların, bazı kalıtsal özelliklerden dolayı araştırma ortamları ile sınırlı gibi görünmektedir.

İlave bir izolatör katmanı içeren Metal-İzolatör-İzolatör-Metal (MIIM) diyotu adı verilen bir diyot daha vardır.Tunnel diyotu, katot olarak n-tipi yarı iletken ve anot olarak p-tipi yarı iletken içeren iki terminalli bir cihazdır.Tunnel diyot devresi sembolü resim üzerinde gösterilmiştir.

Tunnel Diyot Çalışma Prensibi

Klasik mekanik teorisine dayanarak, bir parçacık, bariyerin bir tarafından diğerine hareket etmesi gerekiyorsa, potansiyel enerji bariyerinin yüksekliğine eşit bir enerji elde etmelidir.

Aksi halde enerji, bazı harici kaynaklardan beslenmelidir, bu nedenle birleşimin n-taraflı elektronları, birleşme noktasının P-tarafına ulaşmak için birleşme bariyerini geçebilir. Bariyer, tunnel diyotunda olduğu gibi ince ise, Schrodinger denklemine göre büyük bir olasılık var demektir ve daha sonra bir elektron bariyerin içinden geçecektir.

Bu işlem elektronun herhangi bir enerji kaybı olmadan gerçekleşecektir. Kuantum mekaniğinin davranışı’ tunneling’ kavramını gösterir.Yüksek safsızlıktaki P-N bağlantı cihazları, tunnel-diyotlar olarak adlandırılır.

Şu şekilde ifade edebiliriz ;

Formül = P exp(-A* E_b *W)

Burada ;

E = Bariyerin enerjisidir

P = Parçaların bariyeri geçme olasılığıdır

W = Bariyer derinliğidir

Tunnel Diyotun Yapısı

Diyotun bir seramik gövdesi ve üstte sızdırmaz bir kapağı vardır. Küçük bir kalay  nokta, n-tipi Ge’nin ağır şekilde katkılı bir peletine alaşımlanır veya lehimlenir.Pelet, ısı yayılımı için kullanılan anot kontağına lehimlenmiştir.Kalay nokta, indüktansı azaltmak için bir örgü ekranı vasıtasıyla katot kontağına  bağlanır.

Çalışması ve Karakteristikleri

Tunnel diyotun çalışması esas olarak ileri ve geri gibi iki yönlendirme yöntemini içerir.

Forward Bias koşulu

Forward Bias koşulu altında, voltaj arttıkça, akım azalır ve böylece yanlış hizalama artar ki bu durumda negatif direnç olarak bilinir.Voltajdaki bir artış, elektronların iletiminin P-N eklemi diyotunda hareket ettiği normal bir diyot olarak çalışacaktır.

Negatif direnç bölgesi, bir tunnel diyotunun en önemli çalışma bölgesidir.Tunnel diyot ve normal P-N eklemi diyot karakteristikleri birbirinden farklıdır.

Reverse Bias Koşulu

Reverse Bias koşulu altında, tunnel diyot geri diyot gibi davranır.Sıfır ofset voltajı ile hızlı bir redresör olarak hareket edebilir.Reverse (ters) bias durumunda, n-tarafındaki boş durumlar p-tarafındaki doldurulmuş durumlarla hizalanır.

Ters yönde, elektronlar potansiyel bir bariyerden geçeceklerdir. Yüksek doping konsantrasyonları nedeniyle, tunnel diyotu mükemmel bir iletken gibi davranır

Tunneling  etkisi nedeniyle ileri dirençte çok küçük olacaktır.Voltajda bir artış, akımın tepe akıma ulaşana kadar artışına yol açacaktır.Ancak voltaj, peak(max) voltajın ötesine yükselirse, akım otomatik olarak azalacaktır.Bu negatif direnç bölgesi çukur noktasına kadar etkilidir.

Diyot boyunca akım çukur noktasında minimumdur. Tunnel diyotu, çukur noktasının ötesindeyse normal bir diyot gibi davranır.

tunnel diyot nedir

Tunnel Diyot Denklemleri :

Tunnel diyot toplam akım denklemi :  It = I tun + I diode + I excess

Tunnel diyot akım akışı, normal PN birleşimli diyot ile aynıdır : Idiode = Ido * ( exp (?*  Vt ) ) -1

Burada ;

Ido = Geri saturasyon akımı

Vt = Sıcaklığın voltaj denklemi

V = Diyot üzerindeki voltaj

η = Düzeltme faktörü , Ge = 1 , Si = 2

Safsızlıklar ile birlikte parazitik tunneling etkisi olacak ve burada aşırı akım açığa çıkacaktır ve bu ek akım çukur noktasını belirleyecek , etki edecektir.

Tunneling akım formülü =  Itun = (V/R0) * exp (- ( V/V0)m )

Burada : V0 = 0,1 -0,5 volt arasıdır ve m = 1 ila 3 arasıdır.R0 ise tunnel diyot direncidir.

Tunnel Diyot Tepe Akımı – Tepe Voltajı

Tepe akımı ve voltajı , tunnel diyot için maksimumdur.Tipik olarak bir Tunnel diyot için , kesme voltajı tepe voltajından daha fazladır.Fazla akım ve diyot akımı burada ihmal edilebilirdir.

Minimum ve maksimum diyot akımı için ;

Formül :

V = Vpeak, dItun/dV=0

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

Buradan : 1 – m * (V/V0)= 0

Vpeak = ((1/m) (1/m) ) * V0 * exp (-1/m)

Küçük sinyallerin negatif direnç formülü ise ;

Formül =  Rn = 1 / (dI/dV)  = R0 / (1 – (m * (V/V0)m) * exp (-(V/V0)m) / R0 = 0

Eğer dI/dV= 0 ise , Rn  maksimumdur, O halde ;

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

Eğer  V= V0 * (1 + 1/m)(1/m)  ise maksimum olacaktır ve ,böylece denklem;

(Rn)max = – (R* ( (exp(1+m)) / m )) / m olacaktır.

Tunnel Diyot Uygulamaları

Tunneling mekanizması sayesinde ultra yüksek hızlı anahtar olarak kullanılır.

Anahtarlama zamanı nanosaniye ve hatta pikosaniye’dir.

Eğrisinin akımdan doğan üçlü değerli özelliği nedeniyle, mantıksal bellek depolama aygıtı olarak kullanılır.

Son derece küçük kapasitans, endüktans ve negatif direnç nedeniyle, yaklaşık 10 GHz frekansta bir mikrodalga osilatör olarak kullanılır.

Negatif direncinden dolayı gevşeme osilatör devresi olarak kullanılır.

Tunnel Diyotun Avantajları

Düşük maliyetli

Düşük gürültü

Kullanım kolaylığı

Yüksek hız

Düşük güç

Nükleer radyasyonlara karşı duyarsız

Tunnel Diyotunun Dezavantajları

İki terminalli bir cihaz olarak, çıkış ve giriş devreleri arasında yalıtım sağlamaz.

TUNNEL DİYOT NEDİR SONUÇ : 

Bugün Tunnel Diyot Nedir adlı yazımızı sizlerle paylaştık.Tunnel diyot ile diyotlarla ilgili seride önemli bir yol almış  durumdayız.Diğer bir yazıda görüşmek üzere.

İyi Çalışmalar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.