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Diodo de túnel: diodo de microondas Easki

Diodo de túnel: diodo de microondas Easki

El diodo túnel es un tipo de diodo semiconductor de microondas que se puede utilizar en osciladores y también amplificadores.

En lugar de utilizar la física estándar de la unión PN ordinaria, el diodo túnel utiliza un efecto mecánico cuántico llamado tunelización, del que recibe su nombre.

El efecto de túnel le da al diodo de túnel una región de resistencia negativa y esto permite que se use como oscilador y también en aplicaciones de preamplificador a frecuencias muy dentro de la región de microondas.

Aunque los diodos de túnel no se utilizan tanto en la actualidad, todavía pueden utilizarse en un buen número de aplicaciones de RF. Se utilizaron en osciladores frontales de receptores de televisión y circuitos de disparo de osciloscopios, etc. Se ha demostrado que tienen una vida útil muy larga y pueden ofrecer un nivel de rendimiento muy alto cuando se utilizan como preamplificadores de RF.

Sin embargo, hoy en día, las aplicaciones de diodos de túnel están menos extendidas porque tres dispositivos terminales a menudo pueden ofrecer mejores niveles de rendimiento en muchas áreas.

Descubrimiento de diodos de túnel

El diodo túnel fue descubierto en 1958 por un Ph.D. japonés. estudiante de investigación llamado Esaki en 1958. Como parte de su Ph.D. estaba investigando las propiedades y el rendimiento de las uniones de germanio muy dopadas para su uso en transistores bipolares de alta velocidad.

Esaki produjo algunas uniones muy dopadas para transistores bipolares de alta velocidad. Cuando estaba probando y usando estos dispositivos, descubrió que producían una oscilación en las frecuencias de microondas como resultado del efecto de túnel.

Esaki recibió el premio Nobel de Física en 1973 por su trabajo en el diodo de túnel.

Después del trabajo de Esaki, otros investigadores demostraron que otros materiales también mostraban el efecto túnel. Holonyak y Lesk demostraron un dispositivo de arseniuro de galio en 1960, y otros demostraron estaño indio, y luego, en 1962, el efecto se demostró en materiales que incluyen arseniuro de indio, fosfuro de indio y también silicio.

Símbolo de circuito de diodo de túnel

El símbolo de diodo de túnel utilizado en los diagramas de circuitos se basa en el símbolo de diodo básico utilizado. Para diferenciar el símbolo del diodo túnel del símbolo del diodo estándar, la sección de la barra del símbolo del circuito tiene colas adicionales agregadas.

Ventajas y desventajas

El diodo de túnel no se usa tan ampliamente en estos días como lo fue antes. Con la mejora en el rendimiento de otras formas de tecnología de semiconductores, a menudo se han convertido en la opción preferida. Sin embargo, todavía vale la pena mirar un diodo de túnel, considerando sus ventajas y desventajas para descubrir si es una opción viable.

Ventajas

  • Velocidad muy alta: La alta velocidad de funcionamiento significa que el diodo de túnel se puede utilizar para aplicaciones de RF de microondas.
  • Longevidad: Se han realizado estudios del diodo túnel y se ha demostrado que su rendimiento permanece estable durante largos períodos de tiempo, donde otros dispositivos semiconductores pueden haberse degradado.

Desventajas

  • Reproducibilidad: No ha sido posible hacer que el diodo de túnel tenga un rendimiento tan reproducible a los niveles que a menudo se necesitan.
  • Relación de corriente de pico a valle baja: La región de resistencia negativa y la corriente de pico a valle no es tan alta como se requiere a menudo para producir los niveles de rendimiento que se pueden alcanzar con otros dispositivos.

Una de las principales razones del éxito inicial del diodo túnel fue su alta velocidad de funcionamiento y las altas frecuencias que podía manejar. Esto se debió al hecho de que mientras muchos otros dispositivos se ralentizan por la presencia de portadores minoritarios, el diodo túnel solo usa portadores mayoritarios, es decir, agujeros en un material de tipo ny electrones en un material de tipo p. Los operadores minoritarios ralentizan el funcionamiento de un dispositivo y, como resultado, su velocidad es más lenta. Además, el efecto de efecto túnel es intrínsecamente muy rápido.

El diodo de túnel rara vez se usa en estos días y esto se debe a sus desventajas. En primer lugar, solo tienen una corriente de túnel baja y esto significa que son dispositivos de baja potencia. Si bien esto puede ser aceptable para amplificadores de bajo ruido, es un inconveniente importante cuando se utilizan en osciladores, ya que se necesita una mayor amplificación y esto solo puede realizarse con dispositivos que tengan una capacidad de mayor potencia, es decir, no diodos de túnel. La tercera desventaja es que son problemas con la reproducibilidad de los dispositivos que dan como resultado bajos rendimientos y por lo tanto mayores costos de producción.

Aplicaciones

Aunque el diodo de túnel parecía prometedor hace algunos años, pronto fue reemplazado por otros dispositivos semiconductores como diodos IMPATT para aplicaciones de oscilador y FET cuando se usaba como amplificador. No obstante, el diodo de túnel es un dispositivo útil para determinadas aplicaciones.

Un área en la que el diodo túnel se puede utilizar de manera útil es dentro de los equipos militares y de otro tipo que pueden estar sujetos a campos magnéticos, altas temperaturas y radiactividad. El diodo de túnel es más resistente a los efectos de estos entornos y, como tal, aún puede usarse de manera útil.

Otra de las ventajas del diodo túnel que se está empezando a descubrir es su longevidad y fiabilidad. Una vez fabricado, su rendimiento permanece estable durante largos períodos de tiempo a pesar de su uso donde otros dispositivos pueden degradarse o fallar.

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