टनल डायोड - वर्किंग एंड एप्लीकेशन सर्किट

एक टनल डायोड एक प्रकार का सेमीकंडक्टर डायोड है जो टनलिंग के रूप में जाना जाने वाले क्वांटम मैकेनिकल प्रभाव के कारण एक नकारात्मक प्रतिरोध की सुविधा देता है।

इस पोस्ट में हम टनल डायोड की बुनियादी विशेषताओं और कार्य को सीखेंगे, और इस उपकरण का उपयोग करके एक सरल अनुप्रयोग सर्किट भी।

हम देखेंगे कि कैसे एक टनल डायोड का इस्तेमाल बिजली में गर्मी बदलने और एक छोटी बैटरी चार्ज करने के लिए किया जा सकता है।

छवि क्रेडिट: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GE_1N3716_tunnel_diode.jpg

अवलोकन

अर्धचालक दुनिया से लंबे समय तक गायब रहने के बाद, सुरंग के डायोड को वास्तव में फिर से लॉन्च किया गया है, जिसके परिणामस्वरूप इसे गर्मी ऊर्जा को बिजली में बदलने के लिए लागू किया जा सकता है। सुरंग डायोड के रूप में भी जाना जाता है एसाकी डायोड , इसके जापानी आविष्कारक के नाम पर।

उन्नीस पचास और साठ के दशक में, सुरंग डायोड को मुख्य रूप से आरएफ सर्किट में बहुत सारे अनुप्रयोगों में लागू किया गया था, जिसमें उनके असाधारण गुणों का उपयोग बेहद तेज स्तर के सेंसर, ऑसिलेटर, मिक्सर और उस तरह के सामान के उत्पादन के लिए किया गया था।

सुरंग डायोड कैसे काम करता है

एक मानक डायोड के विपरीत, एक सुरंग डायोड एक अर्धचालक पदार्थ का उपयोग करके काम करता है जिसमें एक अविश्वसनीय रूप से बड़ा डोपिंग स्तर होता है, जो पी-एन जंक्शन के बीच घटती परत के लिए अग्रणी होता है जो कि सबसे तेज़ सिलिकॉन डायोड से भी लगभग 1000 गुना संकरा हो जाता है।

एक बार टनल डायोड के आगे बायस्ड हो जाने के बाद, इलेक्ट्रॉन प्रवाह की 'टनलिंग' के रूप में जानी जाने वाली प्रक्रिया पूरे पी-जंक्शन में होने लगती है।

डोप्ड सेमीकंडक्टर्स में 'टनलिंग' वास्तव में पारंपरिक परमाणु परिकल्पना का उपयोग करके आसानी से समझने योग्य नहीं है, और शायद इस छोटे से लेख में शामिल नहीं किया जा सकता है।

टनल डायोड फॉरवर्ड वोल्टेज और करंट के बीच संबंध

एक सुरंग डायोड के आगे वोल्टेज, यूएफ, और वर्तमान, आईएफ के बीच संबंधों का परीक्षण करते समय, हम पा सकते हैं कि यूनिट पीक वोल्टेज, अप और वैली वोल्टेज, यूवी के बीच एक नकारात्मक प्रतिरोध विशेषता का मालिक है, जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है।

इसलिए, जब डायोड को इसके आईएफ-यूएफ वक्र के छायांकित क्षेत्र के भीतर संचालित किया जाता है, तो वोल्टेज के ऊपर जाते ही आगे की धारा नीचे आ जाती है। डायोड का प्रतिरोध बिना किसी संदेह के नकारात्मक है, और सामान्य रूप से -Rd के रूप में प्रस्तुत किया जाता है।

इस लेख में प्रस्तुत डिज़ाइन सुरंग से जुड़े डायोड की उपरोक्त गुणवत्ता का लाभ उठाता है, ताकि बैटरी को चार्ज करने के लिए क्रमिक रूप से जुड़े सुरंग डायोड उपकरणों के सेट को लागू किया जा सके सौर ताप (सोलर पैनल नहीं)।

जैसा कि नीचे चित्र में देखा गया है, सात या अधिक गैलियम-इंडियम एंटिमोनाइड (जीआईएसपी) टनल डायोड श्रृंखला में झुके हुए हैं और एक बड़े हीटसिंक पर चढ़े हुए हैं, जो उनकी शक्ति के अपव्यय को रोकने में मदद करता है (यूएफ के अधिक या बढ़ने पर सुरंग डायलर को ठंडा होने में मदद मिलती है) ।

हीटसिंक का उपयोग सौर ताप के प्रभावी संचय, या गर्मी के किसी अन्य रूप को लागू करने के लिए किया जाता है, जिसकी ऊर्जा को प्रस्तावित नी-सीडी बैटरी चार्ज करने के लिए चार्ज करंट में बदलना आवश्यक है।

टनल डायोड (थर्मल इलेक्ट्रिसिटी) का उपयोग करके हीट को बिजली में बदलें

इस विशेष विन्यास का कार्य सिद्धांत वास्तव में आश्चर्यजनक सीधा है। एक साधारण, प्राकृतिक, प्रतिरोध की कल्पना करें, R, एक I / V / R के माध्यम से एक बैटरी का निर्वहन करने में सक्षम है। जिसका अर्थ है कि एक नकारात्मक प्रतिरोध एक ही बैटरी के लिए चार्जिंग प्रक्रिया शुरू करने में सक्षम होगा, सिर्फ इसलिए कि मैं का चिन्ह उल्टा हो जाता है, वह है: -I = V / -R।

उसी तरह, यदि एक सामान्य प्रतिरोध पी = पीआर वाट द्वारा गर्मी अपव्यय की अनुमति देता है, तो एक नकारात्मक प्रतिरोध भार में वाट की समान मात्रा प्रदान करने में सक्षम होगा: पी = -इट-आर।

जब भी लोड अपेक्षाकृत कम आंतरिक प्रतिरोध के साथ अपने आप में एक वोल्टेज स्रोत होता है, तो नकारात्मक प्रतिरोध को, निश्चित रूप से, चार्ज करने के लिए वोल्टेज का एक बड़ा स्तर उत्पन्न होता है, आईसी, जो प्रवाह द्वारा दिया जाता है।

इक = Σ [Σ (Uf) - उबात] / Rd (Rd) + Rbat

एनोटेशन Σ (Rd) का उल्लेख करते हुए यह ठीक से समझा जाता है कि स्ट्रिंग अनुक्रम के भीतर सभी डायोड को -Rd क्षेत्र के अंदर चलाना पड़ता है, मुख्यतः क्योंकि + Rd विशेषता वाले किसी भी व्यक्तिगत डायोड का उद्देश्य समाप्त हो सकता है।

परीक्षण सुरंग डायोड

यह सुनिश्चित करने के लिए कि सभी डायोड एक नकारात्मक प्रतिरोध प्रस्तुत करते हैं, एक सीधी परीक्षा सर्किट को निम्न आकृति में प्रकट किया जा सकता है।

ध्यान रखें कि मीटर को वर्तमान की ध्रुवीयता को इंगित करने के लिए निर्दिष्ट किया जाना चाहिए, क्योंकि यह बहुत अच्छी तरह से हो सकता है कि एक विशिष्ट डायोड में वास्तव में अत्यधिक आईपी है: Iv अनुपात (सुरंग ढलान) जिससे बैटरी को एक छोटे से आगे पूर्वाग्रह को लागू करने पर अप्रत्याशित रूप से चार्ज किया जाता है।

विश्लेषण को 7 ° C से नीचे के वायुमंडलीय तापमान पर किया जाना चाहिए (फ्रीज़र को साफ करने की कोशिश करें), और हर एक डायोड के लिए UF-IF वक्र को सावधानीपूर्वक पोटेंशियोमीटर के माध्यम से आगे के पूर्वाग्रह को बढ़ाते हुए नोट करें, और परिणामस्वरूप परिमाण का दस्तावेजीकरण करें। IF, जैसा कि मीटर रीडिंग पर प्रदर्शित होता है।

इसके बाद, यह सुनिश्चित करने के लिए एक FM रेडियो को पास लाएं कि जिन डायोड का परीक्षण किया जा रहा है वे 94.67284 MHz (Freq, GISp के लिए डोपिंग स्तर 10-7) पर दोलन नहीं कर रहे हैं।

यदि आपको ऐसा लगता है, तो वर्तमान एप्लिकेशन के लिए विशिष्ट डायोड अनुपयुक्त हो सकता है। उस गारंटी की श्रेणी का निर्धारण करें-सभी डायोड के बारे में। उपलब्ध लॉट में डायोड के विनिर्माण सीमा के आधार पर, यह सीमा न्यूनतम, 180 से 230 mV हो सकती है।

अनुप्रयोग सर्किट

गर्मी से सुरंग डायोड द्वारा उत्पन्न बिजली का उपयोग एक छोटी नी-सीडी बैटरी चार्ज करने के लिए किया जा सकता है।

पहले बैटरी को उसके न्यूनतम प्रवाह के माध्यम से चार्ज करने के लिए आवश्यक डायोड की मात्रा निर्धारित करें: यूएफ के उपरोक्त चयन के लिए, लगभग 45 एमए की एक चार्जिंग चालू प्रदान करने के लिए श्रृंखला में न्यूनतम सात डायोड को जोड़ना होगा, जब वे गर्म होते हैं का तापमान स्तर:

Rd [-δ (Rd) अगर] [R (Rth-j) - R√] .√ (Td + +) C

या लगभग 35 ° C जब हीटसिंक का थर्मल प्रतिरोध 3.5 K / W से अधिक नहीं होता है, और जब इसे चरम सूर्य के प्रकाश (टा 26 ° C) के नीचे स्थापित किया जाता है। इस NiCd चार्जर से अधिकतम दक्षता प्राप्त करने के लिए, डायोड पर सबसे अच्छा संभव हीट एक्सचेंज के लिए हीटसिंक को गहरे रंग का होना चाहिए।

इसके अतिरिक्त, यह चुंबकीय नहीं होना चाहिए, यह देखते हुए कि किसी भी प्रकार का बाहरी क्षेत्र, प्रेरित या चुंबकीय, सुरंगों के भीतर चार्ज वाहक के अस्थिर उत्तेजना का कारण होगा।

इसके परिणामस्वरूप असंतृप्त वाहिनी प्रभाव इलेक्ट्रॉनों की संभावना हो सकती है जो सब्सट्रेट पर पी-एन जंक्शन से खटखटाया जा सकता है, और इस तरह डायोड टर्मिनलों के आसपास का निर्माण हो सकता है, जिससे धातु के आवास के आधार पर खतरनाक वोल्टेज हो सकता है।

कई सुरंग डायोड टाइप BA7891NG, अफसोसजनक रूप से, न्यूनतम चुंबकीय क्षेत्रों के प्रति बहुत संवेदनशील हैं, और परीक्षणों ने यह साबित किया है कि इन चीजों को परस्पर जोड़ने के लिए पृथ्वी की सतह के संबंध में क्षैतिज बनाए रखा जाना चाहिए।

मूल प्रोटोटाइप टनल डायोड का उपयोग करते हुए सौर गर्मी से बिजली का प्रदर्शन