מעניין

דיודת מנהרה: דיודת מיקרוגל של Easki

דיודת מנהרה: דיודת מיקרוגל של Easki

דיודת המנהרה היא סוג של דיודות מוליכים למחצה במיקרוגל שניתן להשתמש בהם במתנדים וגם במגברים.

במקום להשתמש בפיזיקה הסטנדרטית של צומת ה- PN הרגילה, דיודת המנהרה משתמשת באפקט מכני קוונטי הנקרא מנהור - שממנו היא זוכה בשמה.

אפקט המנהור נותן לדיודת המנהרה אזור התנגדות שלילי וזה מאפשר להשתמש בה כמתנד וגם ביישומי מגבר מקדים בתדרים גם באזור המיקרוגל.

למרות שדיודות המנהרות אינן בשימוש נרחב כיום, עדיין ניתן להשתמש בהן במספר רב של יישומי RF. הם שימשו במתנדים קדמיים של מקלט הטלוויזיה ובמעגלי הדק אוסצילוסקופ וכו '. הוכח שהם בעלי חיים ארוכים מאוד ויכולים להציע רמת ביצועים גבוהה מאוד כאשר הם משמשים כמגבר קדם-RF.

עם זאת, כיום יישומי דיודות המנהרות פחות נפוצים מכיוון ששלושה התקני קצה יכולים לרוב להציע רמות ביצועים טובות יותר בתחומים רבים.

גילוי דיודות המנהרות

דיודת המנהרה התגלתה בשנת 1958 על ידי תואר דוקטור יפני. סטודנט למחקר בשם Esaki בשנת 1958. במסגרת הדוקטורט שלו. הוא חקר את המאפיינים והביצועים של צמתים גרמניום מסוממים בכבדות לשימוש בטרנזיסטורים דו קוטביים במהירות גבוהה.

Esaki ייצר כמה צמתים מסוממים בכבדות עבור טרנזיסטורים דו קוטביים במהירות גבוהה. כאשר בדק והשתמש במכשירים אלה הוא גילה שהם מייצרים תנודה בתדרי מיקרוגל כתוצאה מאפקט המנהור.

עזאקי קיבל את פרס נובל לפיזיקה בשנת 1973 על עבודתו על דיודת המנהרות.

לאחר העבודה על ידי Esaki, חוקרים אחרים הוכיחו כי חומרים אחרים הראו גם את אפקט המנהור. הולוניאק ולסק הדגימו מכשיר גליום ארסניד בשנת 1960, ואחרים הדגימו פח אינדיום, ואז בשנת 1962 הודגמה ההשפעה בחומרים הכוללים אינדיום ארסניד, אינדיום פוספיד וגם סיליקון.

סמל מעגל דיודות המנהרה

סמל דיודת המנהרות המשמש בתרשימים של מעגלים מבוסס על סמל הדיודה הבסיסי המשמש. כדי להבדיל את סמל דיודת המנהרה מסמל הדיודה הסטנדרטי, נוסף קטע הבר של סמל המעגל.

יתרונות וחסרונות

דיודת המנהרה אינה נמצאת בשימוש נרחב בימינו כפי שהייתה פעם בשיבולת שועל. עם השיפור בביצועים של צורות אחרות של טכנולוגיית מוליכים למחצה, הם הפכו לרוב לאופציה המועדפת. עם זאת, עדיין כדאי להסתכל על דיודת מנהרה, בהתחשב ביתרונותיה וחסרונותיה כדי לגלות האם זו אפשרות קיימא.

יתרונות

  • מהירות גבוהה מאוד: מהירות הפעולה הגבוהה פירושה שדיודת המנהרה יכולה לשמש ליישומי RF במיקרוגל.
  • אֲרִיכוּת יָמִים: נערכו מחקרים על דיודת המנהרה וביצועיה הוכח כי הם נשארים יציבים לאורך תקופות זמן ארוכות, שם התקנים של מוליכים למחצה אחרים עשויים להתדרדר.

חסרונות

  • שחזור: לא ניתן היה להפוך את דיודת המנהרה עם ביצועים ניתנים לשחזור לרמות הדרושות לעתים קרובות.
  • יחס זרם שיא נמוך לעמק: אזור ההתנגדות השלילי והפסגה לזרם העמק אינם גבוהים ככל שנדרש לעיתים קרובות כדי לייצר את רמות הביצועים שניתן להשיג במכשירים אחרים.

אחת הסיבות העיקריות להצלחתה המוקדמת של דיודת המנהרה הייתה מהירות פעולתה הגבוהה והתדרים הגבוהים שבהם יכלה להתמודד. זה נבע מהעובדה שאמנם מכשירים רבים אחרים מואטים על ידי נוכחותם של נושאי מיעוט, אך דיודת המנהרה משתמשת רק במובילי רוב, כלומר חורים בחומר מסוג n ואלקטרונים בחומר מסוג p. מובילי המיעוט מאטים את פעולת המכשיר וכתוצאה מכך מהירותם איטית יותר. גם אפקט המנהור מטבעו מהיר מאוד.

דיודת המנהרה משמשת לעיתים רחוקות בימינו והדבר נובע מחסרונותיה. ראשית יש להם רק זרם מנהרה נמוך וזה אומר שהם מכשירים בעלי הספק נמוך. אמנם זה עשוי להיות מקובל עבור מגברים בעלי רעש נמוך, אך זהו חסרון משמעותי כאשר הם נתבעים במתנדים שכן יש צורך בהגברה נוספת וזה יכול להתבצע רק על ידי מכשירים בעלי יכולת הספק גבוהה יותר, כלומר לא דיודות מנהרה. החיסרון השלישי הוא שהם בעיות בשחזור של המכשירים וכתוצאה מכך תשואות נמוכות ולכן עלויות ייצור גבוהות יותר.

יישומים

למרות שדיודת המנהרה נראתה מבטיחה לפני כמה שנים, היא הוחלפה במהרה במכשירי מוליכים למחצה אחרים כמו דיודות IMPATT ליישומי מתנדים ו- FET כאשר הם משמשים כמגבר. עם זאת דיודת המנהרה היא מכשיר שימושי ליישומים מסוימים.

אזור אחד בו ניתן להשתמש בצורה יעילה בדיודת המנהרה נמצא בתוך ציוד צבאי אחר שעשוי להיות נתון לשדות מגנטיים, לטמפרטורה גבוהה ולרדיואקטיביות. דיודת המנהרה עמידה יותר להשפעות של סביבות אלה וככזו עדיין עשויה להיות בשימוש שימושי.

יתרונות נוספים של דיודת המנהרה שמתחילה להתגלות היא אורך החיים והאמינות שלה. לאחר ייצורו הביצועים שלו נשארים יציבים לאורך תקופות זמן ארוכות למרות השימוש בו כאשר מכשירים אחרים עלולים להתדרדר או להיכשל.


צפו בסרטון: TUNNEL DIODE IN HINDI (דֵצֶמבֶּר 2021).