Diodo Túnel: Teoria e Características
O diodo túnel usa um efeito de tunelamento como base de sua operação. Isso traz algumas características úteis para o dispositivo
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Tutorial de Diodo Túnel Inclui:
Diodo túnel | Teoria do diodo túnel | Estrutura do dispositivo do diodo túnel | Diodo Backward
Tutorial de Diodo Inclui:
Tipos de diodos | Especificações e classificações de diodos | Diodo de junção PN | LED | Diodo PIN | Diodo de barreira Schottky | Diodo SiC | Célula solar / diodo fotovoltaico | Varactor / Varicap | Diodo Zener
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Os fundamentos da teoria do diodo túnel permitem que se obtenha uma compreensão da função do diodo.
As características e a operação do diodo túnel dependem de algumas das diferenças sutis entre uma junção PN normal e a estrutura do próprio diodo túnel. Essencialmente, são os níveis de dopagem muito altos usados no diodo túnel suas propriedades e características únicas.
A teoria do diodo túnel mostra que ele não age como um diodo normal, mas exibe uma região de resistência negativa na direção direta.
A curva característica IV, combinada com a velocidade muito alta do diodo, significa que ele pode ser usado em uma variedade de aplicações de RF de micro-ondas como um dispositivo ativo.
Princípios básicos da teoria do diodo de túnel
A chave para entender a teoria do diodo túnel é a curva característica na qual há uma inclinação negativa – isso indica uma área de resistência negativa. Uma área de resistência negativa significa que, se a tensão aumentar, a corrente realmente cairá – o oposto da Lei de Ohms.
Também é interessante notar que a corrente também flui na direção reversa – a tensão de ruptura reversa é realmente zero e o diodo conduz na direção reversa. As características perto da origem do gráfico são virtualmente simétricas.
A curva característica do diodo túnel é composta por vários elementos diferentes:.
- Corrente de diodo normal: Esta é a corrente normal ou esperada que fluiria através de um diodo de junção PN.
- Corrente de tunelamento: É a corrente que surge como resultado do efeito de tunelamento.
- Excesso de corrente: Este é um terceiro elemento de corrente que contribui para a corrente geral dentro do diodo. Isso resulta do que pode ser chamado de excesso de corrente que resulta do tunelamento através de estados de volume na lacuna de energia e significa que a corrente de vale não cai para zero.
Os três constituintes da corrente do diodo túnel se somam para dar a curva característica geral que é frequentemente vista nas explicações da teoria do diodo túnel.
Mecanismo e teoria de tunelamento
O tunelamento é um efeito causado por efeitos da mecânica quântica quando os elétrons passam por uma barreira de potencial. Pode ser visualizado em termos muito básicos por eles “tunelar” através da barreira de energia.
O tunelamento só ocorre sob certas condições. Ocorre dentro de diodos de túnel por causa dos níveis de dopagem muito altos empregados.
Na polarização reversa, os elétrons passam da banda de valência no material do tipo p para a banda de condução no material do tipo n, e o nível da corrente aumenta monotonicamente.
Para a situação de polarização direta, existem várias áreas diferentes. Para tensões até Vpe, os elétrons da banda de condução encontram crescente disponibilidade de estados vazios na banda de valência e o nível de corrente aumenta até um ponto onde a corrente se iguala a Ipe.
Uma vez alcançado este ponto, verifica-se que o número de estados vazios disponíveis para os elétrons com o nível de energia que lhes é dado pelo aumento do nível de tensão começa a cair. Isso significa que o nível atual está alinhado com isso. O nível atual geral cai relativamente rápido, caindo para perto de zero.
À medida que a corrente do efeito de tunelamento cai, a corrente de difusão, que é a mesma ação que ocorre em um diodo de junção PN normal, começa a aumentar e se torna o mecanismo dominante.
Características do diodo túnel
O diagrama no topo da página mostra a característica IV do diodo túnel. Isso tem uma forma de curva em forma de ‘N’. Com uma área de resistência negativa entre a tensão de pico, Vpe e a tensão de vale Vv.
Os valores dessas tensões dependem do material do diodo e também de suas características individuais.
| CARACTERÍSTICAS DO DIODO DE TÚNEL PARA DIFERENTES MATERIAIS | |||
|---|---|---|---|
| PARÂMETRO / CARACTERÍSTICA | GERMÂNIO | SILÍCIO | ARSENIETO DE GÁLIO |
| Vpe (mV) | 40 – 70 | 80 – 100 | 90 -120 |
| Vv (mV) | 250 – 350 | 400 – 500 | 450 -600 |
| Ipê/Iv | 10 -15 | 3 – 5 | 10 – 20 |
Um dos principais indicadores para o desempenho dos diodos de túnel é a relação de corrente pico-vale: I pe / I v . Isso dá uma indicação teórica do desempenho do diodo túnel. Usando a tabela, pode-se ver que o silício tem um valor muito baixo para I pe / I v e, portanto, a teoria se alinha com a prática e descobriu-se que o desempenho dos diodos túnel de silício não é tão bom quanto o do germânio e do arsenieto de gálio e outros combinações.
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