مطالب تخصصی و فوق تخصصی (برق _الکترونیک) و (دکترای نانو _ میکرو الکترونیک)

بخش دیود تونل (Tunnel diode) _ بسیار رسانا و بسیار پر فشار

کاربرد‌های دیود تونل (Tunnel diode) در الکترونیک

پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )

نکته : دیود تونل یک دیود به شدت پیوندی است. غلظت ناخالصی در دیود اتصال تونل بسیار کم است. و در دیود تونل به دلیل دوپینگ سنگین ، دیود جریان را هم در جلو و هم در جهت معکوس انجام می‌دهد. این دستگاه تعویض سریع است. از این طریق در نوسان ساز‌ها با فرکانس بالا ، رایانه‌ها و تقویت کننده‌ها استفاده می‌شود.

دیود تونل یک دیود اتصال بسیار رسانا و بسیار پر فشار که در ساختار آن جریان به دلیل تونل زنی القا می‌شود. تونل سازی پدیده انتقال در ماده نیمه‌هادی است که در آن حامل بار به جای صعود از طریق آن ، سد در برابر اضافه جریان را محکم می‌کند. دیود تونلییک نوع دیود حفاظتی است که قابلیت عملکرد بسیار سریع در حد فرکانس ‌های ریز موج را داراست. این دیود بر پایهٔ اثر تونل‌ زنی در مکانیک کوانتومی‌کار می‌ کند.

دیود‌های تونلی کاربرد‌های خود به را تا حد زیادی به FET‌ها داده ‌اند. با وجود اینکه دیودهای تونلی همچنان در مدارهای آشکار ساز کاربرد گسترده‌‌‌‌ای دارند، ولی در زمینهٔ تقویت‌ کنندگی که نیاز به خطی بودن مشخصه است، تکنولوژی ‌های جایگزینی مثل گالیم آرسنید و سیلیکون – ژرمانیوم گسترش بیشتری یافته ‌اند. دیود تونل مقاومت منفی در محدوده عملیاتی در مدارات الکترونیکی از خود نشان می‌دهد. بنابراین می‌توان از آن به عنوان تقویت کننده ، نوسان ساز و در هر مدار تعویض استفاده کرد.

دیود تونل Tunnel diode تحت تابش موج الکترومغناطیسی محاسبه و با نتایج حاصل وقتی تابش الکترومغناطیسی وجود ندارد. و برای محاسبه مشخصه جریان - ولتاژ نیاز به محاسبه ضریب عبور الکترون‌ها از ساختارهای سد و چاه در این قطعه می‌باشد که برای محاسبه ضریب عبور الکترون‌ها در حضور تابش الکترومغناطیسی روش تفاضل متناهی حوزه زمانی و در حالتی که تابش الکترومغناطیسی وجود ندارد روش ماتریس انتقال و روش تفاضل متناهی حوزه زمانی به کار برده شده است.

_ بخش دیود وکیوم ( Vacuum diode ) یا دیود خلاء

(دیود‌های خلاء) کنوترون‌ها دیود‌هایی با خلاء بالا Kenotron diodes

پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)

کنوترون نوعی دیود الکترو وکیوم است که برای یکسو کردن جریان متناوب به جریان مستقیم استفاده می‌شود . در تقویت‌ کننده‌های لوله، منابع تغذیه کنوترون به دلیل توانایی آنها در ارائه ولتاژ نرم و پایدار، که به نوبه خود به کیفیت صدای فوق‌العاده کمک می‌ کند، ارزیابی می‌ شوند: صداهای طبیعی، باس عمیق و تریبل تمیز. منابع تغذیه کنوترون به لطف ویژگی‌‌هایشان، گرما و ویژگی «لوله‌ مانند» را که طرفداران از آن استقبال می‌ کنند، می‌افزایند. کنوترون‌ها دیود‌هایی با خلاء بالا هستند که به طور خاص برای یکسوسازی با ولتاژ بالا طراحی شده اند.

خصوصیات :

ساختار قوی : می‌تواند ولتاژهای بسیار بالا را تا صدها کیلو ولت تحمل کند.

اندازه فیزیکی بزرگ : به طور معمول بزرگتر برای انطباق با نیازهای عایق ولتاژ بالاتر.

یکسوسازی کارآمد : تبدیل کارآمد AC به DC را در سطوح ولتاژ بالا فراهم می‌کند.

یکسو کننده‌های حالت جامد جایگزینی برای توان کنوترون در تقویت کننده‌های لوله‌‌‌ای هستند. اینها از دیود‌های حالت جامد یا ترانزیستورهای قدرت برای اصلاح جریان استفاده می‌کنند. در حالی که این دستگاه‌‌ها ممکن است قابل اطمینان‌ تر و ارزان‌ تر باشند، اما اغلب اعوجاج بیشتری ایجاد می‌ کنند و صدای گرمای «لوله» را از بین می‌ برند.

برنامه‌های کاربردی :

در تجهیزات اشعه ایکس برای تصویربرداری پزشکی استفاده می‌شود.

• شاغل در تجهیزات آزمایشگاهی فشار قوی

• در سیستم‌های راداری اولیه و شتاب دهنده‌های ذرات یافت می‌شود.

_ بخش دیود وکیوم ( Vacuum diode ) یا دیود خلاء

مقایسه بین دیود‌های خلاء و دیود‌های مدرن

پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)

دیود‌های سیلیکون و ژرمانیوم تا حد زیادی جایگزین دیودهای خلاء در کاربرد‌های مدرن شده‌ اند. با این حال، دیود‌های خلاء مزایای منحصر به فردی دارند. آنها ولتاژ‌ها و جریان‌های بالا را کنترل می‌کنند. آنها در دماهای شدید کار می‌کنند و در برابر پالس‌های الکترومغناطیسی مقاومت می‌کنند. دیود‌های نیمه‌هادی از نظر اندازه، هزینه و کارایی برای مصارف کم مصرف عالی هستند. هر نوع نقش خاصی در الکترونیک دارد. دیود‌های خلاء هنوز در انتقال توان بالا و تحقیقات علمی‌حیاتی هستند.

عملکرد : الکترونیک مدرن در دیود‌های نیمه‌هادی رشد می‌کند. این نیروگاه‌های جمع و جور از نظر سرعت و کارایی بهتر از پیشینیان خود عمل می‌کنند. بدون نیاز به گرمایش، مصرف انرژی را کاهش می‌دهند. عملکرد سریع آنها آنها را برای دستگاه‌های پیشرفته امروزی عالی می‌کند. دیودهای نیمه‌هادی اجرای الکترونیکی را بر هم می‌زند، سرعت و وجوه ذخیره را در یک بسته کوچک انتقال می‌دهد.

دوام :دیود‌های نیمه‌هادی سخت تر هستند و می‌توانند ضربه‌های واقعی را تحمل کنند. دیود‌های خلاء با پوشش‌های شیشه‌‌‌ای ظریف خود تمایل بیشتری به شکستگی دارند.

کاربرد‌ها : دیودهای خلاء برای کاربردهای ولتاژ بالا واجد شرایط تر هستند. آنها می‌توانند با ولتاژها و جریان‌های ظالمانه بدون کوتاه آمدن مقابله کنند. دیود‌های نیمه‌هادی می‌توانند تحت شرایط مشابه جدا شوند.

فناوری مدرن از دیودهای نیمه‌هادی برای بیشتر استفاده‌ها استفاده می‌کند. اما دیود‌های خلاء همچنان در موارد پرقدرت و ولتاژ بالا جایگاهی دارند.

دیود‌های خلاء قدیمی‌هستند. اما، آنها همچنان در تحقیقات مدرن نقش دارند. در کاربردهای فرکانس بالا و ولتاژ بالا، دیودهای خلاء همچنان می‌توانند از دستگاه‌های نیمه‌هادی بهتر عمل کنند. برخی از محققان در حال بررسی استفاده از آنها در زمینه‌های جدید و با فناوری پیشرفته هستند. این زمینه‌ها به دوام و قدرت بسیار بالا نیاز دارند. یک مثال در زمینه انتقال فرکانس رادیویی توان بالا است . در برخی مدارهای فرکانس بالا، دیودهای خلاء می‌توانند عملکرد بهتری نسبت به نیمه‌هادی‌ها داشته باشند. در محیط‌های با ولتاژ بالا، دیودهای خلاء اغلب ترجیح داده می‌شوند. آنها می‌توانند سطوح بالایی از استرس الکتریکی را تحمل کنند.

_ بخش دیود سیگنال «دیود پَسیو شده شیشه ‌ای»

دیود‌ های سیگنال (Signal Diode) برای کاربردهای فرکانس بالا یا کاربردهای سوئیچینگ

پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)

نکته : توان و درجه جریان دیودهای سیگنال حداقل است - معمولاً به ترتیب 500 و 150 میلی آمپر. دیودهای سیگنال برای کاربردهای فرکانس بالا یا کاربردهای سوئیچینگ که شامل شکل موج پالس کوتاه هستند، بهترین مناسب هستند.

دیودهای تماس نقطه‌‌‌ای در ساخت و ساز کمی‌متفاوت هستند. یک دیود تماس نقطه‌‌‌ای با ایجاد یک اتصال PN بین یک سیم طلا یا تنگستن و یک ماده ژرمانیوم نوع n ساخته می‌شود. سیم طلایی اجازه عبور جریان بالا را از محل اتصال می‌دهد. دیودهای تماس نقطه‌ای برای تشخیص سیگنال‌های فرکانس بالا استفاده می‌شوند، زیرا این دیودها دارای ویژگی مسدود کردن سیگنال‌های DC در هنگام عبور از فرکانس بالا AC هستند.تقریباً همه دیودهای سیگنال یا سیلیکون یا ژرمانیوم هستند اما هر دو نوع از نظر مشخصات کمی‌متفاوت هستند. دیود سیلیکونی مقاومت معکوس بالایی دارد، در حالی که دیود ژرمانیومی‌مقاومت معکوس کمتری دارد. ولتاژ قطع یک دیود سیلیکونی 0.6 تا 0.7 ولت و یک دیود ژرمانیوم 0.2 تا 0.3 ولت است. دیودهای سیلیکونی مقاومت رو به جلو پایین تری دارند که اجازه می‌دهد تا پیک‌های بالایی از جریان رو به جلو و ولتاژ معکوس داشته باشد. نماد دیودهای سیگنال همان دیود عمومی‌است.