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Diode tunnel: diode micro-ondes Easki

Diode tunnel: diode micro-ondes Easki

La diode tunnel est un type de diode semi-conductrice hyperfréquence qui peut être utilisée dans des oscillateurs et également des amplificateurs.

Plutôt que d'utiliser la physique standard de la jonction PN ordinaire, la diode tunnel utilise un effet de mécanique quantique appelé tunnel - d'où elle tire son nom.

L'effet tunnel donne à la diode tunnel une région de résistance négative et cela lui permet d'être utilisée comme oscillateur et également dans des applications de préamplificateur à des fréquences bien dans la région des micro-ondes.

Bien que les diodes tunnel ne soient pas aussi largement utilisées aujourd'hui, elles peuvent encore être utilisées dans un bon nombre d'applications RF. Ils ont été utilisés dans les oscillateurs frontaux de récepteurs de télévision et les circuits de déclenchement d'oscilloscopes, etc. Ils se sont avérés avoir une très longue durée de vie et peuvent offrir un très haut niveau de performances lorsqu'ils sont utilisés comme préamplificateur RF.

Cependant, aujourd'hui, les applications de diodes tunnel sont moins répandues car trois terminaux peuvent souvent offrir de meilleurs niveaux de performance dans de nombreux domaines.

Découverte de diodes de tunnel

La diode tunnel a été découverte en 1958 par un doctorat japonais. étudiant de recherche nommé Esaki en 1958. Dans le cadre de son doctorat. il étudiait les propriétés et les performances des jonctions de germanium fortement dopées destinées à être utilisées dans les transistors bipolaires à grande vitesse.

Esaki a produit des jonctions fortement dopées pour les transistors bipolaires à grande vitesse. Lorsqu'il testait et utilisait ces appareils, il a constaté qu'ils produisaient une oscillation aux fréquences micro-ondes en raison de l'effet tunnel.

Esaki a reçu le prix Nobel de physique en 1973 pour ses travaux sur la diode tunnel.

Après les travaux d'Esaki, d'autres chercheurs ont démontré que d'autres matériaux présentaient également l'effet tunnel. Holonyak et Lesk ont ​​démontré un dispositif à l'arséniure de gallium en 1960, et d'autres ont démontré l'étain d'indium, puis en 1962, l'effet a été démontré dans des matériaux tels que l'arséniure d'indium, le phosphure d'indium et aussi le silicium.

Symbole de circuit de diode de tunnel

Le symbole de diode tunnel utilisé sur les schémas de circuit est basé sur le symbole de diode de base utilisé. Pour différencier le symbole de diode tunnel du symbole de diode standard, la section de barre du symbole de circuit a des queues supplémentaires ajoutées.

Avantages et inconvénients

La diode tunnel n'est pas aussi largement utilisée de nos jours qu'elle l'était autrefois. Avec l'amélioration des performances d'autres formes de technologie des semi-conducteurs, ils sont souvent devenus l'option préférée. Néanmoins, il vaut toujours la peine de regarder une diode tunnel, compte tenu de ses avantages et inconvénients pour découvrir si c'est une option viable.

Avantages

  • Très grande vitesse: La vitesse de fonctionnement élevée signifie que la diode tunnel peut être utilisée pour des applications RF micro-ondes.
  • Longévité: Des études ont été entreprises sur la diode tunnel et ses performances se sont avérées stables sur de longues périodes de temps, là où d'autres dispositifs à semi-conducteurs peuvent s'être dégradés.

Désavantages

  • Reproductibilité: Il n'a pas été possible de fabriquer la diode tunnel avec des performances aussi reproductibles aux niveaux souvent nécessaires.
  • Faible rapport de courant de crête à vallée: La région de résistance négative et le courant de crête à vallée ne sont pas aussi élevés qu'il est souvent nécessaire pour produire les niveaux de performance qui peuvent être atteints avec d'autres dispositifs.

L'une des principales raisons du succès précoce de la diode tunnel était sa vitesse de fonctionnement élevée et les hautes fréquences qu'elle pouvait gérer. Cela résulte du fait que si de nombreux autres dispositifs sont ralentis par la présence de porteurs minoritaires, la diode tunnel n'utilise que des porteurs majoritaires, c'est-à-dire des trous dans un matériau de type n et des électrons dans un matériau de type p. Les porteurs minoritaires ralentissent le fonctionnement d'un appareil et par conséquent leur vitesse est plus lente. De plus, l'effet tunnel est intrinsèquement très rapide.

La diode tunnel est rarement utilisée de nos jours et cela résulte de ses inconvénients. Premièrement, ils n'ont qu'un faible courant tunnel, ce qui signifie qu'il s'agit d'appareils de faible puissance. Bien que cela puisse être acceptable pour les amplificateurs à faible bruit, c'est un inconvénient important lorsqu'ils sont utilisés dans des oscillateurs car une amplification supplémentaire est nécessaire et cela ne peut être entrepris que par des dispositifs qui ont une capacité de puissance plus élevée, c'est-à-dire pas des diodes tunnel. Le troisième inconvénient est qu'il s'agit de problèmes de reproductibilité des dispositifs entraînant de faibles rendements et donc des coûts de production plus élevés.

Applications

Bien que la diode tunnel ait semblé prometteuse il y a quelques années, elle a été rapidement remplacée par d'autres dispositifs à semi-conducteurs comme les diodes IMPATT pour les applications d'oscillateur et les FET utilisés comme amplificateur. Néanmoins, la diode tunnel est un appareil utile pour certaines applications.

Un domaine où la diode tunnel peut être utilement utilisée est celui des équipements militaires et autres qui peuvent être soumis à des champs magnétiques, à des températures élevées et à la radioactivité. La diode tunnel est plus résistante aux effets de ces environnements et, en tant que telle, peut encore être utilement utilisée.

Un autre avantage de la diode tunnel qui commence à être découvert est sa longévité et sa fiabilité. Une fois fabriqué, ses performances restent stables sur de longues périodes malgré son utilisation où d'autres appareils peuvent se dégrader ou tomber en panne.

Voir la vidéo: Tunnel Diode or Esaki Diode Working, Internal Structure u0026 Characteristics by Engineering Funda (Novembre 2020).