Tünel Diyot ve Karakteristiği

Tünel diyotlar, özellikle mikro dalga alanında yükselteç ve osilatör olarak yararlanılmak üzere üretilmektedir. Tünel diyoda, esaslarını 1958 'de ilk ortaya koyan Japon Dr. Lee Esaki 'nin adından esinlenerek "Esaki Diyodu" dan denmektedir.

Yapısı:

P-N birleşme yüzeyi çok ince olup, küçük gerilim uygulamalarında bile çok hızlı ve yoğun bir elektron geçişi sağlanmaktadır. Bu nedenledir ki Tünel Diyot, 10.000 MHz 'e kadar ki çok yüksek frekans devrelerinde en çok yükselteç ve osilatör elemanı olarak kullanılır.

Şekil 3.19 - Tünel diyodun karakteristik eğrisi.

Çalışması:

Şekil 3.19 'da da görüldüğü gibi, tünel diyoda uygulanan gerilim V_t1 değerine gelinceye kadar gerilim büyüdükçe akım da artıyor. Gerilim büyümeye devam edince, akım A noktasındaki I_t değerinden düşmeye başlıyor. Gerilim büyümeye devam ettikçe, akım B noktasında bir müddet I_V değerinde sabit kalıp sonra C noktasına doğru artıyor. C noktası gerilimi V_t2, akımı yine I_t 'dir. Bu akıma "Tepe değeri akımı" denilmektedir.

Gerilimi, V_t2 değerinden daha fazla arttırmamak gerekir. Aksi halde geçen akım, I_t tepe değeri akımını aşacağından diyot bozulacaktır.

I = f(V) eğrisinin A-B noktaları arasındaki eğimi negatif olup, -1/R ile ifade edilmekte ve diyodun bu bölgedeki direnci de negatif direnç olmaktadır.
Tünel diyot A-B bölgesinde çalıştırılarak negatif direnç özelliğinden yararlanılır.

Tünel Diyodun Üstünlükleri:

1. Çok yüksek frekansta çalışabilir.
2. Güç sarfiyatı çok düşüktür. 1mW 'ı geçmemektedir.

Tünel Diyodun Dezavantajları:

1. Stabil değildir. Negatif dirençli olması nedeniyle kontrolü zordur.
2. Arzu edilmeyen işaretlere de kaynaklık yapmaktadır.

Tünel Diyodun Kullanım Alanları:

1. Yükselteç Olarak Kullanılması:
   Tünel diyot, negatif direnci nedeniyle, uygun bir bağlantı devresinde kaynaktan çekilen akımı arttırmakta, dolayısıyla bu akımın harcandığı devredeki gücün yükselmesini sağlamaktadır.
2. Osilatör Olarak Kullanılması:
   Tünel diyotlardan MHz mertebesinde osilatör olarak yararlanılabilmektedir.
   Bir tünel diyot ile osilasyon sağlayabilmek için negatif direncinin diğer rezonans elemanlarının pozitif direncinden daha büyük olması gerekir. Tünel diyoda Şekil 3.20 'de görüldüğü gibi seri bir rezonans devresi bağlanabilecektir. Tünel diyodun negatif direnci - R=80 Ohm olsun.
   Rezonans devresinin direnci 80 Ohm 'dan küçük ise tünel diyot bu devrenin dengesini bozacağından osilasyon doğacaktır.
3. Tünel Diyodun Anahtar Olarak Kullanılması:
   Tünel diyodun önemli fonksiyonlarından biri de elektronik beyinlerde multivibratörlerde, gecikmeli osilatörlerde, flip-flop devrelerinde ve benzeri elektronik sistemlerde anahtar görevi görmesidir. Ancak bu gibi yerlerdeki kullanılma durumları daha değişik özellik gösterdiğinden ayrı bir inceleme konusudur.

Şekil 3.20 - Tünel diyot osilatörü