دیود تونلی

دیود تونلی نخستین بار توسط لئو ساکی در سال ۱۹۵۸ معرفی شد. مشخصات این دیود همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است با دیوید دیگری که تاکنون دیده اید خیلی فرق دارد. این به دلیل مشخصه جریان ولتاژ دارای شیب منفی است که در این ناحیه به عنوان مقاومت منفی عمل می‌کند.

مدار معادل دیود تونلی شبیه شکل زیر است.

حتماً تا حالا شنیدید که المان هایی که در قسمتی از مشخصه جریان ولتاژ آنها مقاومت منفی دیده می‌شود به عنوان اسیلاتور استفاده می‌شود. شکل زیر را ببینید تا در این باره بیشتر صحبت کنیم.

همانطور که در شکل بالا نشان داده شده یک دیود تونلی سری با یک مقاومت و یک منبع ولتاژ قرار داده شده است. به خط باری که کشیده شده دقت کنید. این خط بار برای منبع ولتاژ و مقاومت است و می‌خواهیم نقطه کاری روی مشخصه دیود تونلی پیدا کنیم. همانطور که دیده می‌شود این مشخصه دیود تونلی در سه نقطه قطع شده است. حال فرض کنید که نقطه کار را روی قسمت منفی دیود تونلی بندازیم. جریان با وصل شدن منبع ولتاژ شروع به زیاد شدن میکند. فرض کنید که به شکل بالا نقطه کار روی نقطه C باشد. جریان زیاد شده و به سمت نقطه C متمایل می شود. به محض اینکه ولتاژ زیاد تر شده تا به سمت نقطه C حرکت کنیم یعنی روی نمودار به سمت پایین تر حرکت کنیم جریان باید کم شود و ولتاژ زیاد شود. این اتفاق نمی افتد چون با طبیعت مدار یکی نیست. نقطه کار از نقطه Vp و Ip پایین تر نمی آید و به نقطه معادل نمودار مشخصه که جریان آن Ip است می پرد. حال دوباره مدار سعی می‌کند تا به نقطه سی که نقطه کار است برسد بنابراین جریان کم می شود ولتاژ هم کم می شود تا به نقطه C برسد به محض اینکه به ولتاژ Vv رسید در این نقطه باید با کم شدن ولتاژ جریان زیاد شود و باز با طبیعت مدار مخالف است بنابراین در این نقطه به معادل جریان Iv روی مشخصه می پرد. و به همین شکل دوباره مسیر قبلی تکرار می شود در واقع نقطه سیک نقطه کار ماست نقطه‌ای است که به هیچ وجه مدار در آن نخواهد رسید و نقطه ناپایداری است. بنابراین مقاومت منفی می تواند به عنوان اسیلاتور عمل کند بسیار جالب بدون خازن و سلف، مقاومت منفی می تواند برای ما موج متناوب تولید کند. برای اینکه جریان در این مدار تغییرات شدید نداشته باشد سری با دیود تونلی یک سلف می‌گذاریم تا نرخ تغییر جریان را کنترل کنیم. برای فهم بیشتر این مدار شکل زیر را ببینید.

استفاده از دیود تونلی به عنوان اسیلاتور موج سینوسی

همانطور که در شکل بالا دیدید شکل موج تولید شده سینوسی نیست. فرض کنید بخواهیم یک شکل موج سینوسی داشته باشیم. آیا دیود تونلی در این زمینه به ما می تواند کمک کند؟ ابتدا فرض کنید که از یک مدار تانک بخوانیم برای ساخت یک شکل موج سینوسی استفاده کنیم شکل زیر را ببینید.

در شکل بالا نشان داده شده به دلیل وجود مقاومت سری داخلی سلف حالت میرا دارد. یعنی باز شدن سوئیچ پس از مدت زمان مشخصی این شکل موج میرا می شود و دلیل آن وجود مقاومت سلفی است که باعث تلفات توان در آن میشود. حال مدار زیر را میسازیم. در این مدار از یک دیود تونلی سری با مدار تانک مان استفاده می کنیم. شکل زیر را ببینید.

با توجه به شکل بالا با بسته شدن سوئیچ شکل موج ما شکل موج سینوسی نامیرا است. به صورت تئوری احدی دارای مقاومت منفی است که مقاومت سلف را خنثی میکند. با توجه به مدار اسیلاتور قبلی که شکل موج پالسی داشت در این مدار از یک خازن استفاده کرده تا انرژی را بین خازن و سلف جابجا کند و همین کار باعث می‌شود شکل موج خروجی ما به حالت سینوسی درآید.

حال امیدوارم متوجه شده باشید که المان هایی که در مشخصه ولتاژ جریان خود شیب منفی دارند چرا می‌توانند اسیلاتور استفاده شوند.