Gunn Diode: Работа, характеристики и приложения

Gunn Diode: Работа, характеристики и приложения

Диодът е двукраен полупроводник електронен компонент който показва нелинейни характеристики на токовото напрежение. Той позволява ток в една посока, при която съпротивлението му е много ниско (почти нулево съпротивление) по време на пристрастие напред. По същия начин, в другата посока, той не позволява потока на тока - тъй като предлага много високо съпротивление (безкрайно съпротивление действа като отворена верига) по време на обратното отклонение.



Гън Диод

Гън Диод

The диодите са класифицирани в различни типове въз основа на техните работни принципи и характеристики. Те включват генеричен диод, диод Schotty, диод Шокли, диод с постоянен ток, Ценеров диод , Светоизлъчващ диод, Фотодиод, Тунелен диод, Варактор, Вакуумна тръба, Лазерен диод, ПИН диод, Пелтиев диод, Гун диод и т.н. В специален случай тази статия обсъжда работата на диода на Гън, характеристиките и приложенията.






Какво е Gunn Diode?

Диодът на Гън се счита за вид диод, въпреки че не съдържа типично PN диодно кръстовище като другите диоди, но се състои от два електрода. Този диод се нарича още прехвърлено електронно устройство. Този диод е устройство с отрицателно диференциално съпротивление, което често се използва като генератор с ниска мощност за генериране микровълни . Състои се само от полупроводник от N-тип, в който електроните са основният носител на заряд. За да генерира къси радиовълни като микровълни, той използва ефекта на Гън.

Гун диодна структура

Гун диодна структура



Централният регион, показан на фигурата, е активен регион, който е правилно легиран N-тип GaAs и епитаксиален слой с дебелина около 8 до 10 микрометра. Активният регион е поместен между двата региона, имащи омически контакти. Осигурен е радиатор, за да се избегне прегряване и преждевременно повреждане на диода и да се поддържат топлинни граници.

За конструкцията на тези диоди се използва само материал от N-тип, което се дължи на прехвърления електронен ефект, приложим само за материали от N-тип и не е приложим за P-тип материали. Честотата може да варира чрез промяна на дебелината на активния слой по време на легиране.

Ефект на Гън

Той е изобретен от Джон Батискомб Гън през 1960 г. след експериментите му върху GaAs (галиев арсенид), той наблюдава шум в резултатите от експериментите си и дължи това на генерирането на електрически трептения при микровълнови честоти от постоянно електрическо поле с магнитуд по-голям от праговата стойност. Той е кръстен като Gunn Effect, след като това е открито от John Battiscombe Gunn.


Ефектът на Гън може да бъде дефиниран като генериране на микровълнова мощност (мощност с микровълнови честоти около няколко GHz), когато напрежението, приложено към полупроводниково устройство, надвишава критичната стойност на напрежението или праговата стойност на напрежението.

Диоден осцилатор на Гън

Диоден осцилатор на Гън

Диоден осцилатор на Гън

Диодите на Гън се използват за изграждане на осцилатори за генериране на микровълни с честоти, вариращи от 10 GHz до THz. Това е устройство с отрицателно диференциално съпротивление - наричано още като прехвърлено електронно устройство осцилатор - която е настроена верига, състояща се от диод на Gunn с приложено към него напрежение на постояннотоково отклонение. И това се нарича пренасочване на диода в зона с отрицателно съпротивление.

Поради това, общото диференциално съпротивление на веригата става нула, тъй като отрицателното съпротивление на диода се отменя с положителното съпротивление на веригата, което води до генериране на трептения.

Gunn Diode’s Working

Този диод е направен от едно парче N-тип полупроводник като галиев арсенид и InP (индий фосфид). GaAs и някои други полупроводникови материали имат една допълнителна енергийна лента в своята електронна лентова структура, вместо да имат само две енергийни ленти, т.е. валентна лента и проводимост като нормални полупроводникови материали. Тези GaAs и някои други полупроводникови материали се състоят от три енергийни ленти и тази допълнителна трета лента е празна в началния етап.

Ако към това устройство е приложено напрежение, по-голямата част от приложеното напрежение се появява в активната област. Електроните от проводимата лента с незначително електрическо съпротивление се прехвърлят в третата лента, тъй като тези електрони се разпръскват от приложеното напрежение. Третата лента на GaAs има мобилност, която е по-малка от тази на проводимостта.

Поради това увеличаването на напрежението напред увеличава силата на полето (за напреженията на полето, където приложеното напрежение е по-голямо от праговата стойност на напрежението), след това броят на електроните, достигащи състоянието, при което ефективната маса се увеличава чрез намаляване на скоростта им по този начин токът ще намалее.

По този начин, ако силата на полето се увеличи, скоростта на дрейфа ще намалее, което създава отрицателна инкрементална област на съпротивление във V-I връзка. По този начин, увеличаването на напрежението ще увеличи съпротивлението, като създаде среза на катода и достигне анода. Но за да се поддържа постоянно напрежение, на катода се създава нов отрязък. По същия начин, ако напрежението намалее, тогава съпротивлението ще намалее чрез гасене на всеки съществуващ парче.

Характеристики на Gunn Diode

Характеристики на Гън Диод

Характеристики на Гън Диод

Характеристиките на връзката ток-напрежение на диод на Гън са показани в горната графика с неговата отрицателна област на съпротивление. Тези характеристики са подобни на характеристиките на тунелния диод.

Както е показано на горната графика, първоначално токът започва да се увеличава в този диод, но след достигане на определено ниво на напрежение (при определена стойност на напрежението, наречена прагова стойност на напрежението), токът намалява, преди да се увеличи отново. Областта, в която пада токът, се нарича зона с отрицателно съпротивление и поради това тя се колебае. В този регион с отрицателно съпротивление този диод действа едновременно като осцилатор и усилвател, тъй като в този регион диодът има възможност да усилва сигналите.

Приложения на Gunn Diode

Приложения на Gunn Diode

Приложения на Gunn Diode

  • Използва се като генератори на Гън за генериране на честоти, вариращи от 100mW 5GHz до 1W 35GHz изходи. Тези Gunn осцилатори се използват за радиокомуникации , военни и търговски радарни източници.
  • Използва се като сензори за откриване на нарушители, за да се избегне дерайлирането на влаковете.
  • Използва се като ефективни микровълнови генератори с честотен диапазон до стотици GHz.
  • Използва се за дистанционни вибрационни детектори и измерване на скоростта на въртене оборотомери .
  • Използва се като генератор на микровълнов ток (импулсен диоден генератор на Гън).
  • Използва се в микровълнови предаватели за генериране на микровълнови радиовълни с много ниска мощност.
  • Използва се като компоненти за бързо управление в микроелектрониката, като например за модулация на полупроводникови инжекционни лазери.
  • Използва се като приложения под милиметрови вълни чрез умножаване на честотата на осцилатора на Ган с диодна честота.
  • Някои други приложения включват сензори за отваряне на врати, устройства за контрол на процеса, работа с бариери, защита на периметъра, системи за безопасност на пешеходците, линейни индикатори за разстояние, сензори за ниво, измерване на съдържанието на влага и аларми за нарушители.

Надяваме се, че имате представа за диода на Gunn, характеристиките на Gunn diode, Gunn Effect, Gunn diode oscillator и работата му с приложения накратко. За повече информация относно диодите на Гън, моля публикувайте вашите запитвания, като коментирате по-долу.

Кредити за снимки: