Tunneldiood

**Tunneldiood** on pooljuhtdiood, mille talitlus põhineb pn-siirdes ilmneval tunneliefektil, mille toimel dioodi pinge-voolu tunnusjoone päriharul kujuneb negatiivse diferentsiaaltakistusega lõik.

Tunneldioodi läbib väga tugev pärivool juba madala päripingestamise korral. Dioodis tunneliefekti esilekutsumiseks on tarvilik dioodi tõkkekihi väga väike laius, kuni mõnikümmend nanomeetrit. 

## Valmistamine
Tunneldioodid on valmistatud kõrglegeeritud pooljuhtmaterjalist, mille lisandisisaldus on võrreldes tavaliste dioodide pooljuhtmaterjaliga kümneid tuhandeid kordi suurem.

## Kasutamine
Tunneldioode kasutatakse kõrgetel sagedustel (kuni mõni tuhat MHz) kiiretoimelise lülitina, aga ka nii siinuselise kui relaksatsioonvõnkumise võimendamisel ning genereerimisel.

## Tunneldioodi pinge-voolu karakteristik

Kui päripinge hakkab suurenema siis vool läbi dioodi suureneb ka kuni etteantud pinge väärtuseni *V1*. Kui suurendame pinget edasi *V1*'st siis vool väheneb ning tunneldiood on negatiivse diferentsiaalse takistuse piirkonnas kuni pingeni *V2*. Kui päripinge on suurem kui *V2,* siis vool suureneb ning tunneldiood on positiivse takistuse piirkonnas. Meid huvitab negatiivse takistuse piirkond lõigul *V1* kuni *V2*, kuna selle lõigu ulatuses on võimalik tunneldioodi kasutada võnkumiste tekitamiseks ehk ostsilleerimiseks.

## Tunneldioodi aseskeem
Induktiivsus Ls ja takistusi Rs on tunneldioodi parasiitkomponendid ning nad on tingitud dioodi väljaviikudest. Kondensaator Cd näitab mahtuvust, mis on tingitud tõkkekihi mahtuvusest. Ning takisti Rd näitab dioodi negatiivset takistust. Maksimaalne võnkumiste sagedus võib olla arvutatud omavõnkesageduse või lõikesageduse põhjal. 

**Omavõnkesageduse arvutus**

Omavõnkesageduse arvutamiseks kasutatakse järgmist valemit:

f_s = \frac{1}{2piC_{D}R_{D}}\sqrt{\frac{C_D R_D^2-L_S}{L_S}},

kus *R<sub>D</sub>* – tunneldioodi negatiivne takistus

*L<sub>S</sub>* – tunneldioodi parasiitne induktiivsus

*C<sub>D</sub>* – tunneldioodi tõkkekihi mahtuvus

**Lõikesageduse arvutus**

Tunneldioodi lõikesagedus on sagedus, mille juures skeemi negatiivne takistus on 0 ning võnkumised sumbuvad. Lõikesageduse arvutamiseks kasutatakse järgmist valemit:

f_r =  \frac{1}{2piC_{D}R_{D}}\sqrt{\frac{R_D-R_S}{R_S}},

kus *R<sub>S</sub>* – tunneldioodi parasiitne takistus

## Astabiilne saehammasgeneraator
Saehammasgeneraator, mis kasutab tunneldioodi *CR1* ja transistori *Q1*. Vaatame olukorda, kus lüliti *S1* on suletud asendis.Sel juhul väljundis on saehambakujuline signaal. Punktist *0* kuni punktini *A* laetakse aeglaselt kondensaatorit *C1* läbi takisti *Rs*. Selle perioodi jooksul transistor *Q1* on suletud ning tunneldioodi *CR1* pinge on maksimum väärtusest väiksem. Punktis *A* tunneldioodi *CR1* pinge saavutab maksimumi ning diood lülitub ümber kõrgepingerežiimi. Selle tulemusena transistor *Q1* on avatud režiimis. Kondensaator *C1* hakkab tühjenema läbi emitteri-kollektori ahela. Kui kondensaatori *C1* pinge jõuab punktini *B* diood lülitub jälle algsesse asendisse ning transistor *Q1* sulgub. Seejärel hakkab uus tsükkel sama põhimõtega.

## Kristalliga juhitav tunneldioodi ostsillaator
Joonisel 6 on kujutatud kristalliga juhitav tunneldioodi ostsillaator. Tema tööpõhimõte seisneb selles, et toitepinge tuleb akust *E<sub>b</sub>* läbi pingejaguri *R1* ja *R2*. Takisti *R2* takistus on valitud nii, et tema takistus on kaks korda suurem, kui tunneldioodi efektiivne negatiivne takistus. Takisti *R3* on võrdne takistiga *R2*. Juhul kui kvartskristall on järjestikresonantsis, on kogu positiivne takistus pool *R2* väärtusest. See väärtus on võrdne tunneldioodi negatiivse takistusega ning võnkumised hakkavad peale. Skeem on võimeline võnkuma ainult kvartskristalli *Y1* järjestikresonantssagedusel.

## Viited