టన్నెల్ డయోడ్ - వర్కింగ్ మరియు అప్లికేషన్ సర్క్యూట్

టన్నెల్ డయోడ్ అనేది ఒక రకమైన సెమీకండక్టర్ డయోడ్, ఇది టన్నెలింగ్ అని పిలువబడే క్వాంటం యాంత్రిక ప్రభావం కారణంగా ప్రతికూల నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది.

ఈ పోస్ట్‌లో మేము టన్నెల్ డయోడ్‌ల యొక్క ప్రాథమిక లక్షణాలు మరియు పనిని నేర్చుకుంటాము మరియు ఈ పరికరాన్ని ఉపయోగించి ఒక సాధారణ అప్లికేషన్ సర్క్యూట్ కూడా నేర్చుకుంటాము.

వేడిని విద్యుత్తుగా మార్చడానికి మరియు చిన్న బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేయడానికి టన్నెల్ డయోడ్ ఎలా ఉపయోగించబడుతుందో మేము చూస్తాము.

చిత్ర క్రెడిట్: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GE_1N3716_tunnel_diode.jpg

అవలోకనం

సెమీకండక్టర్ ప్రపంచం నుండి సుదీర్ఘంగా అదృశ్యమైన తరువాత, టన్నెల్ డయోడ్, ఉష్ణ శక్తిని విద్యుత్తుగా మార్చడానికి దీనిని అమలు చేయవచ్చనే వాస్తవం ఫలితంగా తిరిగి ప్రారంభించబడింది. టన్నెల్ డయోడ్లను కూడా అంటారు ఎసాకి డయోడ్ , దాని జపనీస్ ఆవిష్కర్త పేరు పెట్టబడింది.

పంతొమ్మిది యాభై మరియు అరవైలలో, టన్నెల్ డయోడ్లు ప్రధానంగా RF సర్క్యూట్లలో చాలా అనువర్తనాలలో అమలు చేయబడ్డాయి, దీనిలో వాటి అసాధారణ లక్షణాలు చాలా వేగంగా స్థాయి సెన్సార్లు, ఓసిలేటర్లు, మిక్సర్లు మరియు అలాంటి వస్తువులను ఉత్పత్తి చేయడానికి ప్రయోజనం పొందాయి.

టన్నెల్ డయోడ్ ఎలా పనిచేస్తుంది

ప్రామాణిక డయోడ్‌కు విరుద్ధంగా, టన్నెల్ డయోడ్ చాలా పెద్ద డోపింగ్ స్థాయిని కలిగి ఉన్న సెమీకండక్టర్ పదార్థాన్ని ఉపయోగించడం ద్వారా పనిచేస్తుంది, ఇది p -n జంక్షన్ మధ్య క్షీణత పొరను వేగంగా సిలికాన్ డయోడ్‌ల కంటే 1000 రెట్లు ఇరుకైనదిగా మారుస్తుంది.

టన్నెల్ డయోడ్ ముందుకు పక్షపాతంతో, ఎలక్ట్రాన్ ప్రవాహం యొక్క 'టన్నెలింగ్' అని పిలువబడే ఒక ప్రక్రియ p -n జంక్షన్ అంతటా జరగడం ప్రారంభిస్తుంది.

డోప్డ్ సెమీకండక్టర్లలోని 'టన్నెలింగ్' అనేది సాంప్రదాయిక అణు పరికల్పనను ఉపయోగించి సులభంగా అర్థం చేసుకోలేని పద్ధతి, మరియు బహుశా ఈ చిన్న వ్యాసంలో కవర్ చేయలేము.

టన్నెల్ డయోడ్ ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్ మధ్య సంబంధం

టన్నెల్ డయోడ్ యొక్క ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్, యుఎఫ్ మరియు కరెంట్, ఐఎఫ్ మధ్య సంబంధాన్ని పరీక్షిస్తున్నప్పుడు, దిగువ అంజీర్‌లో చూపిన విధంగా యూనిట్ పీక్ వోల్టేజ్, అప్ మరియు లోయ వోల్టేజ్, యువి మధ్య ప్రతికూల నిరోధక లక్షణాన్ని కలిగి ఉందని మేము కనుగొనవచ్చు.

అందువల్ల, డయోడ్ దాని IF-UF వక్రరేఖ యొక్క షేడెడ్ ప్రదేశంలో శక్తితో ఉన్నప్పుడు, వోల్టేజ్ పైకి వెళ్ళేటప్పుడు ఫార్వర్డ్ కరెంట్ వస్తుంది. డయోడ్ యొక్క నిరోధకత ఎటువంటి సందేహాలు లేకుండా ప్రతికూలంగా ఉంటుంది మరియు సాధారణంగా -Rd గా ప్రదర్శించబడుతుంది.

ఈ వ్యాసంలో సమర్పించబడిన డిజైన్ బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేయడానికి సీరియల్‌గా అనుసంధానించబడిన టన్నెల్ డయోడ్ పరికరాల సమితిని అమలు చేయడం ద్వారా టన్నెల్ డయోడ్‌ల యొక్క పై నాణ్యత యొక్క ప్రయోజనాన్ని పొందుతుంది సౌర వేడి (సౌర ఫలకం కాదు).

క్రింద ఉన్న చిత్రంలో గమనించినట్లుగా, ఏడు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ గాలియం-ఇండియం యాంటీమోనైడ్ (జిఐఎస్పి) టన్నెల్ డయోడ్లు సిరీస్‌లో కట్టివేయబడి పెద్ద హీట్‌సింక్‌పై అతుక్కొని ఉంటాయి, ఇది వాటి శక్తిని చెదరగొట్టకుండా నిరోధించడానికి సహాయపడుతుంది (యుఎఫ్ ఎక్కువ లేదా పెరిగినప్పుడు టన్నెల్ డయోడ్లు చల్లగా ఉంటాయి) .

ప్రతిపాదిత Ni-Cd బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేయడానికి శక్తిని చార్జ్ కరెంట్‌గా మార్చాల్సిన అవసరం ఉన్న సౌర వేడి లేదా ఇతర రకాల వేడిని సమర్థవంతంగా చేరడానికి హీట్‌సింక్ ఉపయోగించబడుతుంది.

టన్నెల్ డయోడ్లు (థర్మల్ ఎలక్ట్రిసిటీ) ఉపయోగించి వేడిని విద్యుత్తుగా మార్చండి

ఈ ప్రత్యేక కాన్ఫిగరేషన్ యొక్క పని సిద్ధాంతం వాస్తవానికి అద్భుతంగా సూటిగా ఉంటుంది. ఒక సాధారణ, సహజమైన, ప్రతిఘటన R హించుకోండి, R, ప్రస్తుత I = V / R ద్వారా బ్యాటరీని విడుదల చేయగలదు. ప్రతికూల ప్రతిఘటన అదే బ్యాటరీ కోసం ఛార్జింగ్ ప్రక్రియను ప్రారంభించగలదని ఇది సూచిస్తుంది, ఎందుకంటే నేను గుర్తు తిరగబడటం వలన, -I = V / -R.

అదే విధంగా, ఒక సాధారణ ప్రతిఘటన P = PR వాట్ల ద్వారా వేడి వెదజల్లడానికి అనుమతించినట్లయితే, ప్రతికూల ప్రతిఘటన లోడ్‌లోకి అదే మొత్తంలో వాటేజ్‌ను అందించగలదు: P = -It-R.

సాపేక్షంగా తగ్గిన అంతర్గత ప్రతిఘటనతో లోడ్ స్వయంగా వోల్టేజ్ మూలం అయినప్పుడు, ప్రతికూల నిరోధకత, ఖచ్చితంగా, చార్జ్ కరెంట్, ఐసి, ఫార్ములా ద్వారా ఇవ్వబడిన ప్రవాహానికి ఎక్కువ స్థాయి వోల్టేజ్‌ను ఉత్పత్తి చేయాలి:

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

ఉల్లేఖన Σ (Rd) ను ప్రస్తావిస్తూ, స్ట్రింగ్ సీక్వెన్స్ లోని అన్ని డయోడ్లు -Rd ప్రాంతం లోపల నడుపవలసి ఉంటుందని వెంటనే అర్థం చేసుకోవచ్చు, ఎందుకంటే + Rd లక్షణంతో ఏదైనా వ్యక్తిగత డయోడ్ లక్ష్యాన్ని ముగించవచ్చు.

టన్నెల్ డయోడ్లను పరీక్షిస్తోంది

అన్ని డయోడ్లు ప్రతికూల ప్రతిఘటనను కలిగి ఉన్నాయని నిర్ధారించుకోవడానికి, కింది చిత్రంలో వెల్లడించినట్లు సూటిగా పరీక్షా సర్క్యూట్‌ను రూపొందించవచ్చు.

కరెంట్ యొక్క ధ్రువణతను సూచించడానికి మీటర్ పేర్కొనబడాలని గమనించండి, ఎందుకంటే ఒక నిర్దిష్ట డయోడ్‌లో నిజంగా అధిక IP ఉంది: Iv నిష్పత్తి (టన్నెల్ వాలు) బ్యాటరీ చిన్న ఫార్వర్డ్ బయాస్‌ను అమలు చేయడంలో unexpected హించని విధంగా ఛార్జ్ అవుతుంది.

7 ° C కంటే తక్కువ వాతావరణ ఉష్ణోగ్రత వద్ద విశ్లేషణ జరగాలి (శుభ్రపరిచిన ఫ్రీజర్‌ను ప్రయత్నించండి), మరియు ప్రతి డయోడ్‌కు UF-IF వక్రతను గమనించండి, పొటెన్షియోమీటర్ ద్వారా ఫార్వర్డ్ బయాస్‌ను సూక్ష్మంగా పెంచడం ద్వారా మరియు ఫలిత పరిమాణాలను డాక్యుమెంట్ చేయడం ద్వారా IF, మీటర్ రీడింగ్‌లో ప్రదర్శించినట్లు.

తరువాత, పరీక్షించబడుతున్న డయోడ్ 94.67284 MHz వద్ద డోలనం చెందలేదని నిర్ధారించుకోవడానికి ఒక FM రేడియోను దగ్గరకు తీసుకురండి (ఫ్రీక్, డోపింగ్ స్థాయి 10-7 వద్ద GISp కోసం).

ఇది జరుగుతున్నట్లు మీరు కనుగొంటే, నిర్దిష్ట డయోడ్ ప్రస్తుత అనువర్తనానికి అనుచితంగా ఉండవచ్చు. అన్ని డయోడ్‌ల కోసం -Rd హామీ ఇచ్చే OF యొక్క పరిధిని నిర్ణయించండి. అందుబాటులో ఉన్న డయోడ్‌ల తయారీ పరిమితి ఆధారంగా, ఈ పరిధి 180 నుండి 230 ఎమ్‌వి వరకు తక్కువగా ఉంటుంది.

అప్లికేషన్ సర్క్యూట్

వేడి నుండి టన్నెల్ డయోడ్ల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన విద్యుత్తు చిన్న Ni-Cd బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు.

బ్యాటరీని దాని కనీస కరెంట్ ద్వారా ఛార్జ్ చేయడానికి అవసరమైన డయోడ్‌ల పరిమాణాన్ని ముందుగా నిర్ణయించండి: పైన పేర్కొన్న యుఎఫ్ ఎంపిక కోసం, వేడెక్కినప్పుడు సుమారు 45 mA ఛార్జింగ్ కరెంట్‌ను అందించడానికి కనీసం ఏడు డయోడ్‌లు సిరీస్‌లో కనెక్ట్ చేయబడాలి. యొక్క ఉష్ణోగ్రత స్థాయికి:

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

హీట్‌సింక్ యొక్క ఉష్ణ నిరోధకత 3.5 K / W కంటే ఎక్కువ లేనప్పుడు మరియు గరిష్ట సూర్యకాంతి (Ta 26 ° C) కింద వ్యవస్థాపించబడినప్పుడు లేదా సుమారు 35 ° C. ఈ NiCd ఛార్జర్ నుండి గరిష్ట సామర్థ్యాన్ని పొందడానికి, డయోడ్‌లకు సాధ్యమైనంత ఉత్తమమైన ఉష్ణ మార్పిడి కోసం హీట్‌సింక్ ముదురు రంగులో ఉండాలి.

అదనంగా, ఇది అయస్కాంతంగా ఉండకూడదు, ఏ రకమైన బయటి క్షేత్రం, ప్రేరేపిత లేదా అయస్కాంతం, సొరంగాల్లోని ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల యొక్క అస్థిర ప్రేరణకు కారణమవుతుందని భావించి.

ఇది పర్యవసానంగా సందేహించని వాహిక ప్రభావ ఎలక్ట్రాన్లను ఉపరితలంపై p -n జంక్షన్ నుండి పడగొట్టవచ్చు మరియు తద్వారా డయోడ్ టెర్మినల్స్ చుట్టూ నిర్మించబడుతుంది, లోహ గృహాలను బట్టి ప్రమాదకర వోల్టేజ్‌లను ప్రేరేపిస్తుంది.

అనేక సొరంగం డయోడ్లు రకం BA7891NG, విచారకరంగా, అతి తక్కువ అయస్కాంత క్షేత్రాలకు చాలా సున్నితమైనవి, మరియు పరీక్షలు రుజువు చేశాయి, వీటిని అడ్డుకోవటానికి భూమి యొక్క ఉపరితలం విషయంలో సమాంతరంగా నిర్వహించాల్సిన అవసరం ఉంది.

ఒరిజినల్ ప్రోటోటైప్ టన్నెల్ డయోడ్లను ఉపయోగించి సౌర వేడి నుండి విద్యుత్తును ప్రదర్శిస్తుంది