يُعرف الصمام الثنائي النفقي أيضًا باسم Eskari diode وهو عبارة عن أشباه موصلات عالية التخمير قادرة على العمل بسرعة كبيرة. اخترع Leo Esaki الصمام الثنائي النفقي في أغسطس 1957. تُستخدم مادة الجرمانيوم أساسًا في صناعة الثنائيات النفقية. ويمكن أيضا أن تكون مصنوعة من مادة زرنيخيد الغاليوم والسيليكون. في الواقع ، يتم استخدامها في أجهزة الكشف عن التردد والمحولات. يُظهر الصمام الثنائي النفق مقاومة سلبية في نطاق تشغيله. لذلك ، يمكن استخدامه كملف مكبر للصوت والمذبذبات وفي أي دوائر تبديل.

ما هو النفق الثنائي؟

نفق ديود هو السندات الإذنية تقاطع الجهاز الذي يظهر مقاومة سلبية. عندما يزداد الجهد عن التيار المتدفق عبره يتناقص. إنه يعمل على مبدأ تأثير النفق. الصمام الثنائي المعدني العازل المعدني (MIM) هو نوع آخر من الصمام الثنائي النفقي ، ولكن يبدو أن تطبيقه الحالي يقتصر على بيئات البحث بسبب الحساسيات الوراثية ، وتعتبر تطبيقاته محدودة للغاية في بيئات البحث. هناك واحد آخر يسمى الصمام الثنائي عازل معدني - عازل - معدن (MIIM) ديود الذي يتضمن طبقة عازلة إضافية. الصمام الثنائي النفق هو جهاز ذو طرفين مع أشباه موصلات من النوع n مثل الكاثود وأشباه الموصلات من النوع p كأنود. الصمام الثنائي النفق رمز الدائرة كما هو موضح أدناه.

نفق ديود

ظاهرة عمل الصمام الثنائي النفق

استنادًا إلى نظرية الميكانيكا الكلاسيكية ، يجب أن يكتسب الجسيم طاقة تساوي ارتفاع حاجز الطاقة الكامن ، إذا كان عليه الانتقال من جانب واحد من الحاجز إلى الجانب الآخر. خلاف ذلك ، يجب توفير الطاقة من بعض المصادر الخارجية ، لذلك يمكن للإلكترونات N-sided من التقاطع القفز فوق حاجز التقاطع للوصول إلى الجانب P من التقاطع. إذا كان الحاجز رقيقًا كما هو الحال في الصمام الثنائي النفقي ، وفقًا لمعادلة شرودنغر ، فهذا يعني أن هناك قدرًا كبيرًا من الاحتمال ومن ثم سوف يخترق الإلكترون الحاجز. ستحدث هذه العملية دون أي فقد للطاقة من جانب الإلكترون. يشير سلوك ميكانيكا الكم إلى وجود نفق. النجاسة العالية أجهزة التوصيل P-N تسمى الثنائيات النفقية. توفر ظاهرة الأنفاق تأثير حامل الأغلبية.

P∝exp⁡ (-A * E_b * W)

أين،

'E' هي طاقة الحاجز ،
'P' هو احتمال عبور الجسيم للحاجز ،
'W' هو عرض الحاجز

بناء نفق ديود

يحتوي الصمام الثنائي على جسم خزفي وغطاء محكم الغلق في الأعلى. يتم تشكيل نقطة صغيرة من القصدير أو لحامها في حبيبات مخدرة بشدة من النوع n Ge. الحبيبات ملحومة بملامسة الأنود والتي تستخدم لتبديد الحرارة. يتم توصيل نقطة القصدير بجهة اتصال الكاثود عبر شاشة شبكية تستخدم للتقليل الحث .

بناء نفق ديود

العملية وخصائصها

يتضمن تشغيل الصمام الثنائي النفق بشكل أساسي طريقتين للتحيز مثل الأمام والخلف

شرط التحيز إلى الأمام

في ظل حالة التحيز الأمامي ، مع زيادة الجهد ، يتناقص التيار وبالتالي يصبح منحرفًا بشكل متزايد ، والمعروف باسم المقاومة السلبية. ستؤدي زيادة الجهد إلى العمل كصمام ثنائي عادي حيث ينتقل توصيل الإلكترونات عبر صمام تقاطع PN . منطقة المقاومة السلبية هي أهم منطقة تشغيل للصمام الثنائي النفق. تختلف خصائص الصمام الثنائي النفق والصمام الثنائي العادي للوصل PN عن بعضهما البعض.

شرط التحيز العكسي

في ظل الحالة العكسية ، يعمل الصمام الثنائي النفق كصمام ثنائي خلفي أو صمام ثنائي خلفي. مع وجود جهد إزاحة صفري ، يمكن أن يكون بمثابة مقوم سريع. في حالة التحيز العكسي ، يتم محاذاة الحالات الفارغة على الجانب n مع الحالات المعبأة على الجانب p. في الاتجاه العكسي ، ستنفق الإلكترونات عبر حاجز محتمل. بسبب التركيزات العالية للمنشطات ، يعمل الصمام الثنائي النفقي كموصل ممتاز.

خصائص النفق الثنائي

المقاومة الأمامية صغيرة جدًا بسبب تأثيرها النفقي. ستؤدي زيادة الجهد إلى زيادة التيار حتى يصل إلى ذروة التيار. ولكن إذا زاد الجهد عن ذروة الجهد ، فسوف ينخفض التيار تلقائيًا. منطقة المقاومة السلبية هذه تسود حتى نقطة الوادي. التيار عبر الصمام الثنائي يكون عند نقطة الوادي. يعمل الصمام الثنائي النفق كديود عادي إذا كان خارج نقطة الوادي.

المكونات الحالية في نفق ديود

يرد أدناه إجمالي تيار الصمام الثنائي النفق

أنا_ر= أنا_{لكى يفعل}+ أنا_{الصمام الثنائي}+ أنا_إفراط

التيار المتدفق في الصمام الثنائي النفق هو نفس التيار المتدفق في الصمام الثنائي الوصلة PN العادي الموضح أدناه

أنا_{الصمام الثنائي}= أنا_فعل* (إكسب ( ؟ * الخامس_ر)) -1

أنا_فعل - تيار التشبع العكسي

الخامس_ر - الجهد المكافئ لدرجة الحرارة

الخامس - الجهد عبر الصمام الثنائي

ال - معامل التصحيح 1 لـ Ge و 2 لـ Si

بسبب النفق الطفيلي عبر الشوائب ، سيتم تطوير التيار الزائد وهو تيار إضافي يمكن من خلاله تحديد نقطة الوادي. تيار النفق كما هو مبين أدناه

أنا_{لكى يفعل}= (V / R₀) * إكسب (- (V / V.₀)^م)

أين، الخامس₀ = 0.1 إلى 0.5 فولت و م = 1 إلى 3

ر₀ = مقاومة الصمام الثنائي النفق

تيار الذروة ، ذروة الجهد لصمام ثنائي النفق

أقصى جهد والذروة الحالية لصمام ثنائي النفق. عادةً ما يكون قطع الجهد في الصمام الثنائي النفقي أكثر من ذروة الجهد. ويمكن اعتبار التيار الزائد وتيار الصمام الثنائي ضئيلًا.

لتيار الصمام الثنائي الأدنى أو الأقصى

الخامس = الخامس_قمة، من_{لكى يفعل}/ dV = 0

(1 / ص₀) * (إكسب (- (V / V.₀)^م) - (م * (V / V.₀)^م* إكسب (- (V / V.₀)^م) = 0

“كيفية تحديد مكثف قطبية ”

ثم ، 1 - م * (V / V.₀)^م= 0

Vpeak = ((1 / م)^{(1 / م)}) * الخامس₀* إكسب (-1 / م)

أقصى مقاومة سلبية لصمام ثنائي نفق

المقاومة السلبية لإشارة صغيرة معطاة أدناه

ر_ن= 1 / (dI / dV) = R.₀/ (1 - (م * (V / V.₀)^م) * إكسب (- (V / V.₀)^م) / ص₀= 0

إذا كان dI / dV = 0 ، ر_ن هو الحد الأقصى ، إذن

(م * (V / V.₀)^م) * إكسب (- (V / V.₀)^م) / ص₀= 0

إذا الخامس = الخامس₀* (1 + 1 / م)^{(1 / م)} سيكون الحد الأقصى ، لذلك ستكون المعادلة

(ر_ن)_الأعلى= - (ص₀* ((exp (1 + m)) / m)) / م

تطبيقات الصمام الثنائي النفق

بسبب آلية الأنفاق ، يتم استخدامه كمفتاح عالي السرعة.
وقت التبديل هو من أجل nanoseconds أو حتى picoseconds.
نظرًا للميزة ذات القيمة الثلاثية لمنحنىها من التيار ، يتم استخدامه كجهاز تخزين ذاكرة منطقية.
بسبب السعة الصغيرة للغاية والحث والمقاومة السلبية ، يتم استخدامه كمذبذب ميكروويف بتردد حوالي 10 جيجاهرتز.
نظرًا لمقاومته السلبية ، يتم استخدامه كدائرة مذبذب استرخاء.

أنواع الثنائيات النفقية

مزايا النفق الثنائي

تكلفة منخفضة
انخفاض مستوى الضجيج
سهولة التشغيل
سرعة عالية
طاقة منخفضة
غير حساس للإشعاعات النووية

عيوب النفق الثنائي

لكونه جهاز ذو طرفين ، فإنه لا يوفر أي عزل بين دوائر الإخراج والإدخال.
نطاق الجهد ، الذي يمكن تشغيله بشكل صحيح في 1 فولت أو أقل.

هذا كل شيء عن نفق ديود الدائرة مع العمليات ومخطط الدائرة وتطبيقاتها. نعتقد أن المعلومات الواردة في هذه المقالة مفيدة لك لفهم هذا المشروع بشكل أفضل. علاوة على ذلك ، فإن أي استفسارات بخصوص هذه المقالة أو أي مساعدة في تنفيذ مشاريع كهربائية وإلكترونية ، لا تتردد في الاتصال بنا من خلال الاتصال في قسم التعليقات أدناه. إليك سؤال لك ، ما هو المبدأ الأساسي لتأثير الأنفاق؟

اعتمادات الصورة: