Estudo teórico e experimental do Diodo Túnel e modelagem de circuitos osciladores

O diodo túnel, conhecido pelo fenômeno da resistência diferencial negativa (NDR, do inglês Negative Differential Resistance), é um dispositivo fundamental para aplicações de alta frequência, tais como osciladores e amplificadores. Neste contexto, este trabalho apresenta o estudo teórico e experimental do diodo túnel de Germânio (Ge) 1N3712. Para isso, primeiramente, realizou-se a caracterização experimental da curva característica I-V do dispositivo. Os parâmetros extraídos desta curva foram validados em comparação com os dados nominais do fabricante, apresentando uma concordância satisfatória, com erro máximo de 9,23%. Dessa forma, utilizando os dados experimentais, foi implementado o modelo matemático baseado na aproximação cúbica para descrever a região de NDR, o que permitiu a derivação da condutância diferencial negativa, com valor mínimo de −4,6 mS. Posteriormente, desenvolveu-se analítica e numericamente um circuito oscilador baseado em diodo túnel 1N3712. Assim, as frequências de corte (1,8 GHz) e oscilação (3,2 GHz) foram calculadas. As simulações numéricas, realizadas via MATLAB, demonstraram a capacidade do circuito de operar tanto em regime amortecido quanto em regime de oscilação estável. A abordagem numérica foi validada pela comparação entre as frequências de oscilação analíticas e numéricas, que apresentaram concordância superior a 94,4%. Sendo assim, analisou-se a potência de saída, determinando o limite teórico máximo de Pmax = 47 μW e uma eficiência de conversão de 40, 4%. A análise investigou também a degradação da potência devido aos elementos parasitas e frequência de operação, resultando em potências de saída de −13,4 dBm (45,7 μW) a 220 MHz até −26, 7 dBm (2,2 μW) a 2,23 GHz. Por fim, de posse dos resultados, conclui-se que o circuito oscilador baseado em diodo túnel 1N3712 é um potencial candidato para atender os requisitos técnicos de aplicações em sistemas de comunicação sem fio e de baixa potência.