Tünel diyot, alçak güçlü bir PN bağlantısıdır. P ve N yarı iletken kısımları içinde oldukça fazla ve özel katkı maddeleri vardır. Katkı atomlarının çok fazla olaması nedeniyle çok ince olan DEPLETION (yayılım) bölgesinde çok sayıda taşıyıcıya sahiptir. Bunun sonucu olarak sıfır volttan çok az DOĞRU yada TERS polarma uygulandığında N bölgesindeki atomların valans bandında bulunan elektronlar çok ince olan DEPLETION bölgesini geçerek P bölgesindeki CONDUCTION (iletim) bandına geçerler. Bu tür akım mekanizması TUNNELING olarak adlandırılır. Tunnneling olayı Düz bayas altında yarı iletkenin tipine bağlı olarak birkaç milivolt ile birkaç yüz milivolt arasında oluşur. Aşağıdaki şekilde tipik bir germanyum tünel diyodun V-I karakteristiği görülmektedir.
Şekilde de görüldüğü gibi diyot ters bayaslandığı zaman diyodun özelliğinden dolayı hemen iletime geçmektedir. Düz bayas konumunda da diyot derhal iletime geçmektedir. Diyot üzerindeki voltaj Vp değerine doğru yükseltiğinde, üzerinden geçen akımda Ip değerine doğru yükselir. Bu sıralarda diyodun iç direnci yaklaşık sabittir. Diyot üzerindeki voltaj Vp değerine eriştiğinde üzerinden geçen akım da Ip değerine erişir. Bu değere PEAK POINT yada TEPE NOKTASI adı verilir. Fakat diyot üzerindeki DÜZ polarma Vp noktasını geçtiği zaman diyottan akan Ip akımı azalmaya başlar. Yani diyonun iç direnci artmaya başlar. Bu durum diyot üzerindeki voltaj Vv değerine erişinceye kadar devam eder. Diyot üzerinden geçen akımın MINIMUM değere ulaştığı yere VALLEY POINT adı verilir. Diyot üzerindeki vojtaj Vv değerinin üzerine çıkarılmaya başlandığında, üzerinden geçen akım yeniden yükselemeye başlar, yani diyot normal bir diyot gibi çalışmaya başlar. TEPE NOKTASI ile MINIMUM arasındaki bölgede düz bayasın arttırılmasına karşın, diyot akımının azaldığı için bu bölge NEGATİF DİRENÇ etkisi göstermektedir. Kısa bir özet yapacak olursak; Tünel diyot, küçük DÜZ bayaslar altında NEGATİF DİRENÇ etkisi göstermektedir. Kullanım alanları; VHF ve UHF devrelerinde yükselteç, osilatör ve pals üretiçisi olarak kullanılabilir. Ayrıca Mantık ve Zamanlama devrelerinde de yüksek süratli anahtar olarak kullanılabilir. www.diyot.net
Örnek:
Tünel Diyotlu Osilatör. Aşağıdaki şekilde 100KHz civarında salınım yapan bir osilatör görülmektedir.
Devrederi R1 ve R2 dirençleri Tünel diyodun Q çalışma noktasını negatif direnç bölgesinin oratsına gelecek şekilde bayaslarlar. Devrenin çıkışındaki sinyalin genliği yaklaşık olarak Vp ve Vv değerleri arasındadır. Çıkış frekansını devredeki LC paralel rezonans devresi belirlemektedir.
Devre ile ilgili formüller;
C + (C1/( 1-RT x gd )) = 1 / L w2
Burada
RT = ( R1 x R2 ) / ( R1 + R2 ) + Rs + Rdc (bobin direnci)
gd = Tünel diyodun negatif transkondüktansı
Rs = Tünel diyodun toplam seri direnci
w2 = 2 x pi x f (frekans)
C1 = gd x ( 1 � RT x gd) / ( RT x w2)
Yukardaki devrenin 100KHz de çaışması için örnek değerler;
VDD= 6V, R1= 51ohm, R2= 25Kohm (ayarlı), C1= 680pf,
C= 660pf ve L= 16mH www.diyot.net
VARICAP yada VARAKTOR diyot:
PN birleşim konusunu anlatırken, ters polarmalanmış bir PN birleşiminin arasında kalan DEPLETION (yayılım) bölgesinin değiştiğini anlatmıştım. PN birleşim üzerindeki ters polarma ARTTIRILDIĞINDA bu bölge büyüyecek yani PN birleşimin KAPASİTESİ AZALACAK, ters polarma AZALTILDIĞINDA ise KAPASİTE ÇOĞALACAKTIR. Burada bir kondansatörün iki iletken plakasını P ve N maddeler, yalıtkan kısmını ise PN bileşim arasındaki depletion bölgesi oluşturmaktadır. Bu nedenle her türlü PN birleşim (diyot, transistör vs) ters polarma altında bir kapasitans yaratır.
Aşağıdaki şekilde bir normal silisyum diyot ile VARICAP olarak yapılmış bir diyodun ters polarma altındaki kapasitip özellikleri görülmektedir.
Varicap diyotlar düşük güçlü rezonanas devrelerinde, özellikle alıcılarda LW den UHF ye kadar değişken kondansatör olarak kullanılmaktadır. Ayrıca düşük seri dirence ve keskin bir non-linear kapasitans özelliği gösterdiği için frekans çarpıcı olarak da sıkça kullanılır.
Örnekler:
Varicap diyotlu osilatör.
Yukardaki devrenin VT voltajı değiştirildikçe varicap diyotlar ve L bobini tarafından belirlenen osilasyon frekansı da değişir. Osilatörün kararlı çalışması için VT gerilimi iyi regüle edilmeli ve şebeke gürültüsünden C kondansatörü yardımı ile arındırılmalıdır.
Osilatör frekansının çok kararlı olması isteniyorsa özellikle VT varicap gerilimi zamanla değerini değiştirmeyecek ve ısı ile değerini değiştirmeyecek şekilde olmalıdır. Varicap diyotlar bütün alıcı ve verici devrelerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle PLL li osilatör devrelerinde tercih edilmektedir. Ayrıca normal değişken kondansatörlere göre son derece az yer kapladıkları için tercih edilmektedir.
Varikap diyotlu frekans çarpıcı.
L1 C1 rezonans devresi bir seri rezonans devresi olup bu devrede sadece rezonans frekansındaki giriş sinyalinin varicap kondansatöre ulaşmasını sağlar. Başka frekanstaki giriş sinyallerinin devreye girmesine engel olur. Varicap diyot üzerine gelen f değerindeki giriş sinyalinin harmoniklerini üretir. Bu harmonikler içinde ana frakan olan f frekansı ile bu frekansın katları bulunmaktadır. L2 C2 devresi bu harmoniklerden sadece ana frekansın 2 katı değerde olanını geçirmek üzere tasarlanmıştır. Devrenin çıkışında giriş frekansının 2 katı değerinde sinüs sinyali elde edilir.