TUNNELDIODE

schottkydiode.png
het algemeen gebruikte symbool voor tunneldiode in schakelingen, op finimuis.nl is dit symbool ook in gebruik.

Een tunneldiode bezit twee aansluitingen welke Anode en Kathode worden genoemd, zie de afbeelding hieronder:
tunneldiode1.png

De tunneldiode of Esaki-diode is een diode met een speciale karakteristiek die bekendstaat als negatieve weerstand.

Tunneldiodes zijn halfgeleiders die worden vervaardigd uit Galliumarsenide(GaAs). Bij tunneldiodes worden het P- en N-gebied zwaarder verzadigd dan bij de klassieke gelijkrichter(dioden).
Dit leidt tot een zeer klein verarmingsgebied. Hierdoor treedt er geen doorlaateffect(breakdown) op, wat bij de klassieke gelijkrichterdioden wel gebeurt.

tdvicurve.png
Hierboven staat een Spaning / Stroom-curve afgebeeld, waaruit het negatieve weerstand-gebied blijkt. De werking noemt men ook wel tunneleffect of tunneling.

Het tunneleffect of tunneling:

Is het effect in de kwantummechanica waarbij een deeltje door een barrière heen gaat, terwijl het niet voldoende energie heeft om over de barrière heen te gaan.
Dit heet het tunneleffect, omdat de energiebarrière is voor te stellen als een hoge berg. Het deeltje dat te weinig energie heeft om over de berg heen te komen, gaat als het ware door een tunnel naar de andere zijde.
De oorzaak van tunneling is de overlap tussen de golffuncties aan weerszijden van de energiebarrière die elk in de barrière een zeer kleine waarde hebben, maar niet nul zijn.
Het verschijnsel houdt verband met de onzekerheidsrelatie van Heisenberg: als men precies weet hoeveel energie een deeltje heeft, kan men onmogelijk weten waar(aan welke zijde van de barrière) het zich precies bevindt en als men precies weet waar het deeltje is, kan men onmogelijk precies weten hoeveel energie het heeft.

De term negatieve weerstand:

Negatieve weerstand is een populaire, maar onnauwkeurige term voor negatieve differentie- of differentiaalweerstand.
Omdat zoals eerder aangegeven het verarmingsgebied zo klein is, is het voor de elektronen mogelijk om bij een zeer lage (bias)stroom in de doorlaatrichting door de PN-junctie te glippen.

Er is dus sprake van een tunneleffect(eerder bescherven). De diode gedraagt zich dan als een geleider. Dit wordt weergegeven in de bovenstaande Spanning / Stroom-curve tussen het absolute 0(nul) punt en het piekpunt. In het piekpunt begint de spanning in de doorlaatrichting een barrière te vormen. Dit zal voor een stijging in doorlaatspanning, resulteren in een daling van de stroom.
In het gebied tussen het piekpunt en het dalpunt geldt dan volgende relatie: Weerstand is (delta)spanning delen door (delta)stroom.

Deze relatie is het tegenovergestelde van de Wet van Ohm, waar een spanningsstijging zorgt voor een stijging van de stroom.
Dit is de reden waarom we spreken van negatieve weerstand. Vanaf het dalpunt in de afbeelding van de Spanning / Stroom-curve, gedraagt de diode zich als een normale diode met stroom in de doorlaatrichting.

Tunneldiodes zijn geschikt om zeer snel te werken. Daarom kunnen ze onder andere worden gebruikt bij toepassingen met microgolven. Een andere toepassing vinden we terug bij oscillatoren en trillingskringen.
Neem bijvoorbeeld een parallelle resonantiekring die bestaat uit een condensator, spoel en weerstand. Bekijk de afbeelding hieronder:
resokring.png
Wanneer er plotseling een spanning wordt aangelegd (bijvoorbeeld door het sluiten van schakelaar(S), krijgen we een sinusoïdale uitgang die langzaam uitsterft.
Dit komt door de weerstand die ontstaat in de LC-kring(tank). Wanneer er stroom door de LC-kring vloeit, zorgt die weerstand er immers voor dat er energie wordt gedissipeerd, waardoor de sinsusgolf zal uitsterven.
Als we echter een tunneldiode in serie plaatsen met het LC-circuit en hieraan een stroom leggen zodat de tunneldiode werkzaam wordt in of rond het centrum van het gebied met negatieve weerstand, dan verschijnt er aan de uitgang een constante sinusgolf die niet uitsterft.
De verklaring ligt in het feit dat de weerstand van het LC-circuit wordt opgeheven door de negatieve weerstand van de tunneldiode.
Negatieve weerstanden bestaan niet als component. Sommige componenten, zoals de diact(wordt in een apart hoofdstuk besproken) en de tunneldiode, bezitten deze eigenschap binnen een zeker werkgebied.
Componenten met negatieve (differentie)weerstand kunnen worden gebruikt voor het samenstellen van oscillatoren, omdat zij met het geleverde differentie-vermogen de demping in een trillingskring compenseren.

klik hier voor de datasheet van een tunneldiode

1n3717-5.png
Voorbeelden van tunneldioden van het type 1N3717-5

Laatste update : 13 november 2014


Terug naar de Diode en dergelijke pagina
Terug naar Component informatie
Terug naar Startpagina
Email aan Finimuis.nl