Тунелска диода - радни и апликативни круг

Тунелска диода је врста полупроводничке диоде која има негативан отпор због квантно-механичког ефекта познатог као тунелирање.

У овом посту ћемо научити основне карактеристике и рад тунелских диода, као и једноставан склоп апликације помоћу овог уређаја.

Видећемо како би се тунел диода могла користити за промену топлоте у електричну енергију и за пуњење мале батерије.

Имаге Цредит: хттпс://цоммонс.викимедиа.орг/вики/Филе:ГЕ_1Н3716_туннел_диоде.јпг

Преглед

Након дугог нестанка из полупроводничког света, тунелска диода је заправо поново покренута као резултат чињенице да би могла да се примени за претварање топлотне енергије у електричну. Тунелске диоде су такође познате и као Есаки диода , названа по свом јапанском проналазачу.

Деведесетих педесетих и шездесетих тунелске диоде су примењене у великом броју апликација, првенствено у РФ круговима, у којима су искоришћене њихове изванредне квалитете за производњу изузетно брзих сензора нивоа, осцилатора, миксера и сличних ствари.

Како функционише тунел диода

За разлику од стандардне диоде, тунел диода ради тако што користи полупроводничку супстанцу која има невероватно велики ниво допинга, што доводи до тога да слој осиромашења између п-н споја постаје приближно 1000 пута ужи чак и од најбржих силицијумских диода.

Једном када је туделска диода пристрасна унапред, процес познат као „тунелирање“ протока електрона почиње да се дешава током п-н споја.

„Тунелирање“ у допираним полупроводницима заправо је метода која није лако разумљива помоћу конвенционалне атомске хипотезе и можда не може бити обрађена у овом малом чланку.

Веза између напона и струје предње диоде тунела

Током испитивања односа између предњег напона тунелске диоде, УФ и струје, ИФ, можемо да утврдимо да јединица поседује негативну карактеристику отпора између вршног напона Уп и напона долине Ув, као што је приказано на доњој слици.

Због тога, када се диода напаја у осенченом подручју своје ИФ-УФ криве, струја напред се спушта док напон расте. Отпор диоде је без икакве сумње негативан и обично се приказује као -Рд.

Дизајн представљен у овом чланку користи предност горе наведеног квалитета тунелских диода применом серијски повезаних тунелских диодних уређаја за пуњење батерије кроз соларна топлота (не соларни панел).

Као што је приказано на слици испод, седам или више тунел диода галијум-индијум антимонида (ГИСп) прикључено је у серију и стегнуто преко великог хладњака, што помаже у спречавању расипања њихове снаге (тунелске диоде се хладе како се УФ повећава или повећава) .

Хеатсинк се користи за омогућавање ефикасне акумулације сунчеве топлоте или било ког другог облика топлоте који се може применити, чија енергија је потребна да се трансформише у струју наелектрисања за пуњење предложене Ни-Цд батерије.

Претварање топлоте у електричну енергију помоћу тунелских диода (топлотна електрична енергија)

Теорија рада ове посебне конфигурације је заправо невероватно једноставна. Замислите да је обичан, природни отпор Р способан да испразни батерију кроз струју И = В / Р. што подразумева да ће негативни отпор моћи да покрене поступак пуњења за исту батерију, једноставно зато што се знак И обрне, то јест: -И = В / -Р.

На исти начин, ако нормални отпор дозвољава расипање топлоте за П = ПР вати, негативни отпор ће моћи да пружи исту количину снаге у оптерећењу: П = -Ит-Р.

Кад год је оптерећење самостално извор напона са релативно смањеним унутрашњим отпором, негативни отпор мора сигурно створити већи ниво напона за струју наелектрисања, Иц, који је дат формулом:

Иц = δ [Σ (Уф) - Убат] / Σ (Рд) + Рбат

Позивајући се на напомену Σ (Рд), одмах се схвата да све диоде унутар низа низова морају бити покренуте унутар -Рд региона, углавном зато што било која појединачна диода са + Рд карактеристиком може прекинути циљ.

Испитивање тунелских диода

Да би били сигурни да све диоде представљају негативан отпор, могао би се дизајнирати једноставан тест круг како је откривено на следећој слици.

Имајте на уму да би мерач требало да буде наведен како би указивао на поларитет струје, јер би се врло добро могло догодити да одређена диода има заиста прекомерни однос ИП: Ив (нагиб тунела) због чега се батерија неочекивано напуни применом малог предрасуда.

Анализа се мора извршити на атмосферској температури испод 7 ° Ц (испробати очишћени замрзивач) и забележити УФ-ИФ криву за сваку поједину диоду прецизним повећањем предњег предрасуда кроз потенциометар и документовањем резултујућих величина АКО, као што је приказано на очитавању бројила.

Даље, приближите ФМ радио како бисте били сигурни да диода која се тестира не осцилира на 94,67284 МХз (Фрек, за ГИСп на допинг нивоу 10-7).

Ако установите да се то дешава, одређена диода може бити неприкладна за садашњу апликацију. Одредите опсег ОФ који гарантује -Рд за скоро све диоде. На основу производног прага диода у доступној серији, овај опсег би могао бити минималан, рецимо, од 180 до 230 мВ.

Коло за примену

Електрична енергија коју тунелске диоде генеришу из топлоте може се користити за пуњење мале Ни-Цд батерије.

Прво одредите количину диода неопходних за пуњење батерије кроз њену минималну струју: за горњи избор УФ, мораће се редно повезати најмање седам диода како би се обезбедила струја пуњења од приближно 45 мА када се загреју до нивоа температуре од:

Γ [-Σ (Рд) Ако] [δ (Ртх-ј) - РΘ] .√ (Тд + Та) ° Ц

Или приближно 35 ° Ц када топлотни отпор хладњака није већи од 3,5 К / В и када је инсталиран под вршном сунчевом светлошћу (Та 26 ° Ц). Да би овај НиЦд пуњач имао максималну ефикасност, хладњак мора бити тамно обојен како би се најбоља могућа размена топлоте кретала до диода.

Поред тога, не сме бити магнетно, с обзиром да ће било која спољна поља, индукована или магнетна, проузроковати нестабилну стимулацију носача наелектрисања унутар тунела.

То би последично могло довести до несумњивог ефекта канала, електрони могу вероватно избити из п-н споја преко подлоге и на тај начин се накупити око терминала диоде, изазивајући можда опасне напоне у зависности од металног кућишта.

Неколико тунелских диода типа БА7891НГ су, нажалост, врло осетљиве на најситнија магнетна поља, а тестови су доказали да их је потребно одржавати водоравно у односу на површину земље да би се то спречило.

Оригинални прототип који демонстрира електричну енергију из соларне топлоте помоћу тунелских диода