Diodo túnel: características y aplicaciones

Trazado de la característica i – v

Tres regiones definidas por la pendiente

A diferencia del diodo de unión PN, el diodo de túnel no se descompone con algún voltaje negativo. El diodo de túnel tampoco corta el flujo de corriente para voltajes por debajo de un voltaje de encendido. A la izquierda en las características, en la región etiquetada como ”a”, a medida que aumenta el voltaje a través del diodo túnel, la corriente aumenta casi linealmente. La pendiente es positiva.

¿Ves la región con pendiente negativa?

En la región etiquetada como ”c”, la característica se parece al exponencial creciente del diodo de unión PN con polarización directa. Sin embargo, la región etiquetada como “b” es drásticamente diferente.

Después de que la corriente alcance un valor máximo, los aumentos adicionales en el voltaje reducirán el flujo de corriente. Esto es contrario a la mayoría de los dispositivos. Por lo general, un aumento en el voltaje conduce a un aumento en la corriente. En la región ”b”, un cambio positivo en el voltaje producirá un cambio negativo en la corriente. Esto se debe al efecto túnel. Se produce una resistencia variable que es el cambio de voltaje dividido por el cambio de corriente. En la región de tunelización, este cambio en la resistencia es negativo. Por lo tanto, decimos que el diodo túnel exhibe resistencia negativa .

Aplicaciones del Diodo Túnel

El oscilador de relajación

Un oscilador es un circuito que produce una forma de onda repetitiva variable en el tiempo. Con solo unos pocos componentes y el diodo de túnel, podemos conectar un oscilador de relajación . Un oscilador de relajación tiene una forma de onda con bordes afilados.

Diodo túnel, dos resistencias, una batería y un inductor

Las dos resistencias, R 1 y R 2 , junto con la batería, ajustan el diodo de túnel a un voltaje objetivo en la región de resistencia negativa. Este voltaje objetivo nunca se alcanza.

La forma de onda del oscilador es el voltaje a través del diodo. El interruptor se enciende y la corriente a través del diodo aumenta a medida que el voltaje se dirige hacia el voltaje objetivo. Debido al cambio positivo en la corriente, el voltaje a través del inductor continúa aumentando. Esta es la parte verde de la curva.

Una vez que la corriente del diodo alcanza su punto máximo, el voltaje en el inductor es positivo, lo que significa que el cambio en la corriente sigue siendo positivo. Sin embargo, la corriente no puede aumentar más allá de este pico. El diodo acaba de entrar en la porción de resistencia negativa con una pendiente negativa. Pero la corriente a través del inductor no puede cambiar instantáneamente de un valor positivo a uno negativo. Además, el diodo está obligado a tener valores de i y v en su curva característica. La única forma en que esto puede suceder es si el voltaje salta (la línea amarilla) a un valor más positivo. Tenga en cuenta que, para un inductor, la corriente debe ser continua pero el voltaje no tiene por qué serlo.

El voltaje a través del inductor es el voltaje objetivo menos el voltaje a través del diodo. Después del salto, el voltaje a través del diodo es mayor que el voltaje objetivo. Por lo tanto, el voltaje a través del inductor es negativo. Por lo tanto, la corriente a través del inductor debe disminuir. Esto conduce a la línea roja a medida que avanzamos hacia abajo en la curva característica.

La corriente no puede continuar disminuyendo una vez que el diodo alcanza la región de resistencia negativa. La corriente a través del inductor no puede cambiar repentinamente de negativo a positivo. Por lo tanto, vemos que el voltaje salta a lo largo de la línea naranja. El voltaje del diodo vuelve a donde comenzamos y el ciclo se repite.

Los osciladores de relajación se utilizan en los circuitos de base de tiempo de los osciloscopios y para proporcionar señales de reloj a los circuitos lógicos.

El oscilador armónico

Al agregar un capacitor en paralelo con el inductor, tenemos un oscilador armónico . La forma de onda de salida es más suave y, a menudo, sinusoidal.

La frecuencia, f , de la forma de onda depende del inductor, L, y del capacitor, C.

Por ejemplo, si la frecuencia deseada de nuestro oscilador es 7,03 MHz y es L = 2,0 µH (µH es 10 -6 henries), ¿qué valor de capacitancia debemos usar?

Podemos resolver para C para obtener

Sustituyendo los valores de f y L :

Esto nos da C ≅ 2.6×10 -10 faradios = .26nF (nF es 10 -9 faradios).

Resumen de la lección

Un fenómeno de la mecánica cuántica denominado efecto túnel se produce a través de la barrera de la unión PN cuando los materiales semiconductores están fuertemente dopados con impurezas. Esto produce una región de resistencia negativa en la característica i – v del diodo túnel donde un cambio positivo en el voltaje produce un cambio negativo en la corriente. Esta función se utiliza en dos tipos de osciladores : el oscilador de relajación y el oscilador armónico .