Tunnel Diode - Litar Kerja dan Aplikasi

Diod terowong adalah sejenis diod semikonduktor yang mempunyai rintangan negatif kerana kesan mekanikal kuantum yang dikenali sebagai terowong.

Dalam posting ini kita akan mempelajari ciri-ciri asas dan cara kerja diod terowong, dan juga litar aplikasi mudah menggunakan peranti ini.

Kami akan melihat bagaimana diod terowong dapat digunakan untuk mengubah haba menjadi elektrik, dan untuk mengecas bateri kecil.

Kredit Gambar: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GE_1N3716_tunnel_diode.jpg

Gambaran keseluruhan

Setelah sekian lama menghilang dari dunia semikonduktor, diod terowong, sebenarnya dilancarkan semula sebagai hasil kenyataan bahawa ia dapat dilaksanakan untuk mengubah tenaga panas menjadi elektrik. Diod terowong juga dikenali sebagai Diod Esaki , dinamakan penemu Jepunnya.

Pada tahun sembilan belas lima puluhan dan enam puluhan, diod terowong dilaksanakan dalam banyak aplikasi terutama dalam rangkaian RF, di mana kualiti luar biasa mereka dimanfaatkan untuk menghasilkan sensor tahap, pengayun, pengadun, dan barang-barang seperti itu.

Bagaimana Diod Terowong Berfungsi

Berbeza dengan dioda standard, diod terowong berfungsi dengan menggunakan bahan semikonduktor yang mempunyai tahap doping yang sangat besar, yang menyebabkan lapisan penipisan antara persimpangan p -n menjadi kira-kira 1000 kali lebih sempit daripada dioda silikon terpantas.

Sebaik sahaja diod terowong didorong ke depan, proses yang dikenali sebagai 'tunneling' aliran elektron mula berlaku di sepanjang persimpangan p -n.

'Terowong' dalam semikonduktor doped sebenarnya adalah kaedah yang tidak mudah difahami menggunakan hipotesis atom konvensional, dan mungkin tidak dapat dibahas dalam artikel kecil ini.

Hubungan antara Voltan Hadapan Diod Terowong dan Arus

Semasa menguji hubungan antara voltan maju diod terowong, UF, dan arus, JIKA, kita dapat mengetahui bahawa unit ini memiliki ciri rintangan negatif antara voltan puncak, Naik, dan voltan lembah, Uv, seperti yang ditunjukkan pada Gambar di bawah.

Oleh itu, apabila diod dihidupkan di dalam kawasan yang berlorek dari lengkung IF-UF, arus hadapan turun ketika voltan naik. Rintangan dioda tanpa keraguan negatif, dan biasanya ditampilkan sebagai -Rd.

Reka bentuk yang disajikan dalam artikel ini memanfaatkan kualiti diod terowong di atas dengan menerapkan satu set peranti diod terowong bersambung bersiri untuk mengisi bateri melalui haba suria (bukan panel solar).

Seperti yang diperhatikan dalam Gambar di bawah, tujuh atau lebih diod terowong Gallium-Indium Antimonide (GISp) disambungkan secara bersiri dan dijepit pada heatsink besar, yang membantu mencegah pelesapan kuasa mereka (diod terowong menjadi lebih sejuk apabila UF semakin tinggi atau meningkat) .

Heatsink digunakan untuk memungkinkan pengumpulan haba suria yang berkesan, atau bentuk panas lain yang dapat diterapkan, yang tenaganya diperlukan untuk diubah menjadi arus pengisian untuk mengecas bateri Ni-Cd yang dicadangkan.

Tukarkan Haba ke Elektrik menggunakan Terowong Dioda (Thermal Electricity)

Teori kerja konfigurasi khas ini sebenarnya sangat mudah. Bayangkan daya tahan biasa, semula jadi, R, dapat melepaskan bateri melalui arus I = V / R. yang menunjukkan bahawa rintangan negatif akan dapat memulai proses pengisian untuk bateri yang sama, hanya kerana tanda I terbalik, iaitu: -I = V / -R.

Dengan cara yang sama, jika rintangan normal membenarkan pelesapan haba oleh W = PR watt, rintangan negatif akan dapat memberikan jumlah watt yang sama ke dalam beban: P = -It-R.

Apabila beban adalah sumber voltan sendiri dengan rintangan dalaman yang berkurang, rintangan negatif tentunya menghasilkan tahap voltan yang lebih besar untuk arus cas, Ic, untuk mengalir yang diberikan oleh formula:

Ic = δ [Σ (Uf) - Ubat] / Σ (Rd) + Rbat

Merujuk kepada anotasi Σ (Rd) dengan segera difahami bahawa semua diod dalam urutan rentetan harus dijalankan di dalam wilayah -Rd, terutamanya kerana setiap diod individu dengan ciri + Rd mungkin akan menghentikan objektif.

Menguji Diod Terowong

Untuk memastikan bahawa semua dioda mempunyai rintangan negatif, litar ujian lurus dapat dirancang seperti yang ditunjukkan dalam gambar berikut.

Perhatikan bahawa meter harus ditentukan untuk menunjukkan kekutuban arus, kerana boleh berlaku bahawa dioda tertentu mempunyai nisbah IP: Iv (cerun terowong) yang benar-benar berlebihan menyebabkan bateri diisi secara tiba-tiba semasa melaksanakan bias maju kecil.

Analisis harus dilakukan pada suhu atmosfera di bawah 7 ° C (cubalah pembeku yang dibersihkan), dan perhatikan kurva UF-IF untuk setiap diod dengan meningkatkan bias ke depan melalui potensiometer, dan mendokumentasikan magnitud yang dihasilkan JIKA, seperti yang ditunjukkan pada bacaan meter.

Seterusnya, dekatkan radio FM untuk memastikan bahawa diod yang diuji tidak berayun pada 94.67284 MHz (Freq, untuk GISp pada tahap doping 10-7).

Sekiranya anda mendapati ini berlaku, diod tertentu mungkin tidak sesuai untuk aplikasi ini. Tentukan julat OF yang menjamin -Rd untuk hampir semua dioda. Berdasarkan ambang pembuatan dioda di lot yang tersedia, julat ini boleh minimum seperti, katakanlah, 180 hingga 230 mV.

Litar aplikasi

Tenaga elektrik yang dihasilkan oleh terowong diod dari haba dapat digunakan untuk mengecas bateri Ni-Cd kecil.

Pertama tentukan kuantiti diod yang diperlukan untuk mengecas bateri melalui arus minimumnya: untuk pemilihan UF di atas, minimum Tujuh dioda harus disambungkan secara bersiri untuk memberikan arus pengecasan kira-kira 45 mA ketika mereka dipanaskan ke tahap suhu:

Γ [-Σ (Rd) If] [δ (Rth-j) - RΘ] .√ (Td + Ta) ° C

Atau kira-kira 35 ° C apabila rintangan haba dari pendingin tidak lebih dari 3,5 K / W, dan ketika dipasang di bawah sinar matahari puncak (Ta 26 ° C). Untuk mendapatkan kecekapan maksimum daripada pengecas NiCd ini, heatsink harus berwarna gelap untuk pertukaran haba terbaik ke dioda.

Selain itu ia tidak boleh bersifat magnetik, memandangkan jenis medan luar apa pun, yang disebabkan atau magnet, akan menyebabkan rangsangan pembawa cas yang tidak stabil di dalam terowong.

Ini akibatnya boleh menyebabkan elektron kesan saluran yang tidak curiga kemungkinan akan tersingkir dari persimpangan p -n di atas substrat, dan dengan itu terbentuk di sekitar terminal dioda, mencetuskan voltan yang mungkin berbahaya bergantung pada perumahan logam.

Beberapa diod terowong Jenis BA7891NG, sayangnya, sangat sensitif terhadap medan magnet yang paling kecil, dan ujian telah membuktikan bahawa ini perlu dikekalkan secara mendatar berkaitan dengan permukaan bumi untuk menyekat ini.

Prototaip Asli Menunjukkan Elektrik dari Panas Suria menggunakan Terowong Diod