Tünel Diyot

Elektronik

Tünel Diyot

Saf silisyum ve germanyum maddelerine daha fazla katkı maddesi katılmasıyla elde edilen yüksek hıza sahip diyotlara tünel diyot denir. Diğer diyotlardan ayırt edici özelliği ise negatif direnç bölgesine sahiptir. Diyot çeşitlerinden biri olan tünel (tunnel, tunel, esaki) diyotlar, özellikle mikro dalga alanında yükselteç ve osilatör olarak yararlanılmak amacıyla üretilmektedir. Japon Dr. Lee Esaki tarafından tünel diyodun, esaslarını 1958 ‘de ilk ortaya koyan kişidir. Japon Dr. Lee Esaki ‘nin isminden esinlenerek “Esaki Diyodu”  denir.

Tünel diyotlar ters polarma altında çalışırlar. Üzerine uygulanan gerilim belli bir düzeye ulaşıncaya kadar akım seviyesi artarak ilerler. Gerilim belli bir düzeye ulaştıktan sonra da üzerinden geçen akımda düşüş görülür. Tünel diyotlar bu düşüş gösterdiği bölge içinde kullanılır. Tünel diyotlar küçük polarma gerilimlerinde iletken duruma geçerler. Ayrıca diğer diyotlardan daha iyi iletkendirler. Tünel diyotlar yüksek frekanslı devrelerde ve osilatörlerde kullanılır.

Yapısı

Tünel diyodun P-N birleşme yüzeyi çok incedir. Tünel diyot küçük gerilim uygulamalarında bile çok hızlı ve yoğun bir elektron geçişi sağlamaktadır. Bu dolayı tünel diyot, 10.000 MHz’e kadar ki çok yüksek frekans devrelerinde yükselteç ve osilatör olarak kullanılır.

Çalışma Prensibi

Şekilde verilen bağlantı şemasına göre; eğride görüldüğü gibi tünel diyoda uygulanan gerilim Vt1 değerine gelinceye kadar gerilim büyüdükçe akım da artar. Gerilim büyüdükçe, akım A noktasındaki” It” değerinden düşmeye başlar. Gerilim büyümeye devam ettiği sürece, akım B noktasında bir süre” Iv” değerinde sabit kalır. Daha sonra C noktasına doğru artar. C noktası gerilimi “Vt2”, akımı yine “It” ‘dir. Bu akıma “Tepe değeri akımı” denir.

Tünel Diyot Karekteristik Eğrisi

Gerilim, “Vt2” değerinden daha fazla arttırmamalıdır. Gerilim fazla artarsa geçen akım, “It” tepe değeri akımını aşacağı için diyot bozulur.

I=f(V) eğrisinin A-B noktaları arasındaki eğimi negatif olup, -1/R ile tanımlanır. Diyodun bu bölgedeki direnci de negatif direnç olur. Tünel diyot A-B bölgesinde çalıştırılarak negatif direnç özelliğinden faydalanılır.

Tünel Diyodun Avantajları

• Çok yüksek frekansta çalışırlar.
• Tünel diyodun güç harcaması çok düşüktür 1mW ‘ı geçmez.

Tünel Diyodun Dezavantajları

• Stabil değildir. Negatif dirençli olmasından dolayı kontrolü zordur.
• İstenilmeyen işaretlere de kaynaklık yapmaktadır.

Tünel Diyodun Kullanım Alanları

• Tünel Diyodun Yükselteç Olarak Kullanılması

Tünel diyot, negatif direnci sebebiyle, uygun bir bağlantı devresinde kaynaktan çekilen akımı arttırır ve bundan dolayı bu akımın harcandığı devredeki gücün yükselmesini sağlar.

• Tünel Diyodun Osilatör Olarak Kullanılması

Tünel diyotlardan MHz mertebesinde osilatör olarak faydalanılır. Bir tünel diyot ile osilasyon sağlamak için negatif direnci, diğer rezonans elemanlarının pozitif direncinden büyük olmalıdır. Tünel diyoda seri bir rezonans devresi bağlanabilir.

Örneğin; Tünel diyodun negatif direnci – R=40 Ohm olsun. Rezonans devresinin direnci 40 Ohm ‘dan küçük ise  tünel diyot bu devrenin dengesini bozacağından osilasyon doğacaktır.

• Tünel Diyodun Anahtar Olarak Kullanılması

Tünel diyot elektronik beyinlerde multivibratörlerde, gecikmeli osilatörlerde, flip-flop devrelerinde ve benzeri elektronik sistemlerde anahtar görevi görür.

Tünel diyotlar çok küçük olmakla birlikte çok güçlüdürler. Çoğunlukla çalışma frekansı 10.000 MHz’e kadar olan osilatörler de, yükselteçler de ve hızlı anahtarlama devrelerinde (gecikmeli osilatörler, multivibratörler) vb. kullanılırlar.

Örneğin: 1N2939 adlı tünel diyotun teknik özellikleri:

• İleri yön akımı: 5 mAmper.
• Ters yön akımı: 10 mAmper.
• Ters yön gerilimi: 30 mVolt.
• İleri yönde tepe nokta akımı gerilimi: 450-600 mVolt.

İlk tünel diyot germanyumdan yapılmıştır. Silikon tünel diyot imalatına 1965′ lerde başlanmıştır. Diyot firmaları tarafından üretilen tünel diyot fiyatları teknik özelliklerine göre değişir.