Tunnel Diode - Working at Application Circuit

Ang isang tunnel diode ay isang uri ng semiconductor diode na nagtatampok ng isang negatibong paglaban sa account ng isang kwantum na mekanikal na epekto na kilala bilang tunneling.

Sa post na ito matututunan namin ang mga pangunahing katangian at pagtatrabaho ng mga diode ng tunnel, at isang simpleng circuit ng application na gumagamit din ng aparatong ito.

Makikita natin kung paano magagamit ang isang diode ng tunnel para sa pagpapalit ng init sa elektrisidad, at para sa pagsingil ng isang maliit na baterya.

Credit sa Larawan: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GE_1N3716_tunnel_diode.jpg

Pangkalahatang-ideya

Matapos ang isang mahabang pagkawala mula sa mundo ng semiconductor, ang tunnel diode, ay inilunsad muli bilang isang resulta ng katotohanang maaari itong ipatupad upang gawing elektrisidad ang enerhiya ng init. Ang mga diode ng lagusan ay kilala rin bilang Nag-diode si Esaki , pinangalanan pagkatapos ng imbentor ng Hapon.

Sa labing siyam na limampu at animnapung, tunnel diode ay ipinatupad sa maraming mga aplikasyon na pangunahin sa mga RF circuit, kung saan ang kanilang mga pambihirang katangian ay sinamantala para sa paggawa ng napakabilis na antas ng mga sensor, oscillator, panghalo, at mga katulad nito.

Paano Gumagana ang Tunnel Diode

Sa kaibahan sa isang karaniwang diode, ang isang tunnel diode ay gumagana sa pamamagitan ng paggamit ng isang semiconductor na sangkap na may hindi kapani-paniwalang malaking antas ng pag-doping, na humahantong sa pagkaubos ng layer sa pagitan ng p -n junction upang maging humigit-kumulang na 1000 beses na mas makitid kahit na sa pinakamabilis na mga diode ng silikon.

Kapag ang tunnel diode ay pasulong na bias, isang proseso na kilala bilang 'tunneling' ng daloy ng electron ay nagsisimulang mangyari sa buong p -n junction.

Ang 'Tunneling' sa mga doped semiconductors ay talagang isang pamamaraan na hindi madaling maunawaan gamit ang maginoo na atomic na teorya, at marahil ay hindi masasakop sa maliit na artikulong ito.

Relasyon sa pagitan ng Tunnel Diode Forward Voltage at Kasalukuyang

Habang sinusubukan ang ugnayan sa pagitan ng pasulong na boltahe ng isang tunnel diode, UF, at kasalukuyang, KUNG, mahahanap natin na ang yunit ay nagmamay-ari ng isang negatibong katangian ng paglaban sa pagitan ng rurok na boltahe, Pataas, at boltahe ng lambak, Uv, tulad ng ipinakita sa Fig sa ibaba.

Samakatuwid, kapag ang diode ay pinalakas sa loob ng may lilim na lugar ng IF-UF curve nito, bumababa ang kasalukuyang pasulong habang ang boltahe ay umakyat. Ang paglaban ng diode ay walang negatibong pagdududa, at karaniwang ipinakita bilang -Rd.

Ang disenyo na ipinakita sa artikulong ito ay sinasamantala ang kalidad sa itaas ng mga diode ng tunnel sa pamamagitan ng pagpapatupad ng isang hanay ng mga serial na konektadong mga aparato ng tunnel diode upang singilin ang isang baterya init ng araw (hindi solar panel).

Tulad ng naobserbahan sa Larawan sa ibaba, pito o higit pang mga Gallium-Indium Antimonide (GISp) na mga tunnel diode ay na-hook up sa serye at na-clamp sa isang malaking heatsink, na makakatulong na maiwasan ang pagwawaldas ng kanilang lakas (ang mga diode ng lagusan ay nagiging mas cool habang ang UF ay mas mataas o nadagdagan) .

Ginagamit ang Heatsink upang paganahin ang isang mabisang akumulasyon ng solar heat, o anumang iba pang anyo ng init na maaaring mailapat, na ang enerhiya ay kinakailangan upang mabago sa isang kasalukuyang singil para sa singilin ang ipinanukalang Ni-Cd na baterya.

I-convert ang Heat sa Elektrisidad gamit ang Mga Tunnel Diode (Thermal Elektrisidad)

Ang teoryang nagtatrabaho ng espesyal na pagsasaayos na ito ay talagang kamangha-manghang prangka. Isipin ang isang ordinaryong, natural, paglaban, R, ay nakapaglabas ng baterya sa pamamagitan ng kasalukuyang I = V / R. na nagpapahiwatig na ang isang negatibong pagtutol ay maaaring magpasimula ng isang proseso ng pagsingil para sa parehong baterya, dahil lamang sa ang pag-sign ng ako ay nababaligtad, iyon ay: -ako = V / -R.

Sa parehong paraan, kung ang isang normal na paglaban ay nagbibigay-daan sa pagwawaldas ng init ng P = PR watts, ang isang negatibong paglaban ay makapagbibigay ng parehong dami ng wattage sa load: P = -It-R.

Kailan man ang pagkarga ay isang mapagkukunan ng boltahe sa sarili nitong may medyo nabawasan na panloob na paglaban, ang negatibong paglaban ay kailangang, tiyak, na bumuo ng isang mas mataas na antas ng boltahe para sa kasalukuyang singil, Ic, na dumaloy na ibinibigay ng pormula:

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

Sumangguni sa anotasyon Σ (Rd) agad na naintindihan na ang lahat ng mga diode sa loob ng pagkakasunud-sunod ng string ay kailangang patakbuhin sa loob ng rehiyon ng -Rd, pangunahin dahil ang anumang indibidwal na diode na may katangian na + Rd ay maaaring wakasan ang layunin.

Pagsubok ng Mga Diode ng Tunnel

Upang matiyak na ang lahat ng mga diode ay nagpapakita ng isang negatibong paglaban, ang isang prangka na circuit ng pagsubok ay maaaring idisenyo tulad ng naihayag sa sumusunod na pigura.

Pagmasdan na ang metro ay dapat na tinukoy upang ipahiwatig ang polarity ng kasalukuyang, dahil maaaring mangyari na ang isang tukoy na diode ay mayroong talagang labis na IP: Iv ratio (slow ng tunnel) na sanhi ng baterya na hindi inaasahang singilin sa pagpapatupad ng isang maliit na bias sa unahan.

Ang pagtatasa ay dapat gumanap sa isang temperatura sa atmospera sa ibaba 7 ° C (subukan ang isang nalinis na freezer), at tandaan ang kurba ng UF-IF para sa bawat solong diode sa pamamagitan ng masusing pagtaas ng pasulong na bias sa pamamagitan ng potensyomiter, at pagdokumento ng mga nagresultang lakas ng KUNG, tulad ng ipinakita sa pagbabasa ng metro.

Susunod, magdala ng isang FM radio malapit sa tabi upang matiyak na ang diode na sinusubukan ay hindi nakakilos sa 94.67284 MHz (Freq, para sa GISp sa antas ng doping 10-7).

Kung nakita mo itong nangyayari, ang tukoy na diode ay maaaring hindi angkop para sa kasalukuyang application. Tukuyin ang saklaw ng NG mga garantiya na -Rd para sa halos lahat ng mga diode. Batay sa manufacturing threshold ng mga diode sa magagamit na lote, ang saklaw na ito ay maaaring maging kasing minimal ng, sabihin nating, 180 hanggang 230 mV.

Application circuit

Ang elektrisidad na nabuo ng mga tunnel diode mula sa init ay maaaring magamit para sa pagsingil ng isang maliit na baterya ng Ni-Cd.

Alamin muna ang dami ng mga diode na kinakailangan para sa singilin ang baterya sa pamamagitan ng kaunting kasalukuyang nito: para sa mas mataas na pagpipilian ng UF, isang minimum na pitong mga diode ang kailangang konektado sa serye upang makapagbigay ng kasalukuyang singilin na humigit-kumulang na 45 mA kapag pinainit sila sa antas ng temperatura ng:

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

O humigit-kumulang na 35 ° C kapag ang thermal paglaban ng heatsink ay hindi hihigit sa 3.5 K / W, at kapag na-install ito sa ilalim ng rurok ng sikat ng araw (Ta 26 ° C). Upang magkaroon ng maximum na kahusayan sa labas ng charger ng NiCd na ito, ang heatsink ay dapat na madilim na kulay para sa pinakamahusay na posibleng palitan ng init sa mga diode.

Bilang karagdagan hindi ito dapat maging magnetiko, isinasaalang-alang na ang anumang uri ng labas na patlang, sapilitan o magnetiko, ay magdudulot ng hindi matatag na pagpapasigla ng mga tagadala ng singil sa loob ng mga tunel.

Dahil dito maaaring magdulot ng hindi pinaghihinalaang duct effect na mga electron ay maaaring ma-knocked mula sa p -n junction sa ibabaw ng substrate, at dahil doon magtayo sa paligid ng mga diode terminal, na nagpapalitaw ng mapanganib na voltages depende sa metal na tirahan.

Maraming mga diode ng lagusan Type BA7891NG ay, nanghihinayang, napaka-sensitibo sa pinakamaliit na mga patlang na magnet, at ang mga pagsubok ay napatunayan na ang mga ito ay kailangang mapanatili pahalang na patungkol sa ibabaw ng lupa para sa pagharang dito.

Orihinal na Prototype na Nagpapakita ng Elektrisidad mula sa Solar Heat gamit ang Mga Tunnel Diode