De tunneldiode

Samenvatting

Tunneldiodes, zijn zeer geavanceerde diodes, die in hun stroom spanningsdiagram een stukje negatieve weerstand vertonen. Toch kan de experimentele radio amateur ze met zeer eenvoudige middelen zelf maken.
 

De tunneldiode

(10 mei 2011)    Tunneldiodes, ook wel Esaki diodes genoemd, zijn diodes, die in hun stroom spanningsdiagram een stukje negatieve weerstand vertonen. We spreken van negatieve weerstand als bij een (kleine) toename van de spanning de stroom afneemt, in plaats van toeneemt, zoals dat het geval is bij een normale weerstand.

Een tunneldiode is een halfgeleider diode, waarbij de doping zo sterk is opgevoerd, dat de diode geen sperspanning meer kan afhouden. Als tunneldiode, wordt zo'n diode dan bedreven in het spergebied. In het stroom-spanningsdiagram zult u zien dat vanaf 0 volt de stroom eerst toeneemt, zoals bij een normale weerstand en dan, met toenemende spanning, weer gaat afnemen, tot een minimum dalen en dan weer toenemen.
In het gebied met dalende stroom bij toenemende spanning, gedraagt de diode zich als een negatieve weerstand. Als deze diode in een afgestemde kring is opgenomen, kan voor wisselspaning de totale kringweerstand zelfs negatief worden. Dan zal de kring spontaan gaan oscilleren.

De halfgeleider tunneldiode is in 1957 ontdekt door Leo Esaki. Samen met Brian Josephson kregen zij in 1973 de Nobel prijs voor de ontdekking van 'electron tunneling', een nieuw soort stroom geleidingsmechanisme, het geheim van onder andere de tunneldiode.
Tunneldiodes kunnen als versterker of oscillator gebruikt worden bij hoge frequenties, ver in het microgolf gebied. Het spanningsbereik van deze halfgeleiderdiodes is echter gering, daarom zult u ze in onze VHF/UHF transceivers niet aantreffen.
Vroeger kon men ze terugvinden in UHF TV-tuners.

Uit het bovenstaande zou je kunnen afleiden dat een tunneldiode een zeer geavanceerd stukje technologie is. Zeker, maar als experimenteel radio amateur kun je zelf ook een tunneldiode maken. En wel met zeer eenvoudige hulpmiddelen.

Nyle Steiner, K7NS, heeft op internet zijn experimenten beschreven. De tunneldiode is niets anders dan een kontaktverbinding tussen een aluminium plaatje en een gegalvaniseerde ijzeren draad. De zink-zinkoxide-aluminiumoxide-aluminium overgang kan bij een bepaalde voorspanning een negatieve weerstand vertonen.
Deze overgang is laagohmig, dus moet het afgestemd circuit daarachter ook laagohmig zijn. Verbind de home-made tunneldiode dus met een lage aftakking op de spoel van een trillingskring. En ook de bias, de voorspanning moet uit een laagohmige bron worden gehaald. En, als je de biasspanning moduleert met wat 50 Hz , dan kun je zo een 80 meter oscillator maken die gemoduleerd wordt met 50 Hz brom en dus met een kortegolf ontvanger worden gedetecteerd.

Een mooi knutselwerkje voor de komende natte zomermaanden.

(Pieter J.T.Bruinsma, PA0PHB) 

Referenties, informatie:

Nyle Steiner K7NS Negative Resistance Oscillator with Homemade Tunnel Diode.
Nyle Steiner K7NS Zinc Negative Resistance Oscillator
Wikipedia Tunneldiode
Wikipedia negatieve weerstand

Zelfbouw tunneldiode (K7NS)
Zelfbouw tunneldiode (K7NS)

Eenvoudige oscillator schakeling
Eenvoudige oscillator schakeling

Het knutseltje van K7NS
Het knutseltje van K7NS

lll