Gunn Diode: Working, Characteristics & Applications

Prova Vårt Instrument För Att Eliminera Problem





En diod är en tvåterminal halvledare elektronisk komponent som uppvisar olinjära strömspänningsegenskaper. Det tillåter ström i en riktning där dess motstånd är mycket lågt (nästan nollmotstånd) under framåtförspänning. På samma sätt, i den andra riktningen, tillåter det inte strömflödet - eftersom det erbjuder ett mycket högt motstånd (oändligt motstånd fungerar som öppen krets) under omvänd förspänning.

Gunn Diode

Gunn Diode



De dioder klassificeras i olika typer baserat på deras arbetsprinciper och egenskaper. Dessa inkluderar generisk diod, Schotty-diod, Shockley-diod, konstantdiod, Zener-diod , Ljusdiod, fotodiod, tunneldiod, Varactor, vakuumrör, laserdiod, PIN-diod, Peltier-diod, Gunn-diod, och så vidare. I ett speciellt fall diskuterar denna artikel om Gunn-diodens arbete, egenskaper och tillämpningar.


Vad är en Gunn-diod?

En Gunn-diod betraktas som en typ av diod även om den inte innehåller någon typisk PN-diodförbindelse som de andra dioderna, men den består av två elektroder. Denna diod kallas också som en överförd elektronisk enhet. Denna diod är en negativ differensmotståndsanordning, som ofta används som en lågeffektoscillator för att generera mikrovågor . Den består av endast halvledare av N-typ där elektroner är de flesta laddningsbärare. För att generera korta radiovågor som mikrovågor använder den Gunn-effekten.



Gunn Diode Structure

Gunn Diode Structure

Den centrala regionen som visas i figuren är en aktiv region, som är korrekt dopad N-typ GaAs och epitaxialskikt med en tjocklek av cirka 8 till 10 mikrometer. Den aktiva regionen är inklämd mellan de två regionerna som har Ohmic-kontakter. En kylfläns tillhandahålls för att undvika överhettning och för tidigt felfunktion i dioden och för att upprätthålla termiska gränser.

För konstruktion av dessa dioder används endast material av N-typ, vilket beror på den överförda elektroneffekten som endast är tillämplig på N-typ och inte är tillämplig på P-typ. Frekvensen kan varieras genom att variera tjockleken på det aktiva skiktet under dopning.

Gunn-effekt

Det uppfanns av John Battiscombe Gunn på 1960-talet efter sina experiment på GaAs (Gallium Arsenide), han observerade ett ljud i sina experimentresultat och var skyldig detta till genereringen av elektriska svängningar vid mikrovågsfrekvenser av ett stadigt elektriskt fält med en styrka större än tröskelvärdet. Det namngavs som Gunn Effect efter att detta hade upptäckts av John Battiscombe Gunn.


Gunn-effekten kan definieras som generering av mikrovågseffekt (effekt med mikrovågsfrekvenser på några få GHz) när spänningen som appliceras på en halvledaranordning överstiger det kritiska spänningsvärdet eller tröskelvärdet.

Gunn Diode Oscillator

Gunn Diode Oscillator

Gunn Diode Oscillator

Gunn-dioder används för att bygga oscillatorer för att generera mikrovågor med frekvenser från 10 GHz till THz. Det är en negativ differentiell motståndsanordning - kallas även som överförd elektronenhetens oscillator - vilket är en avstämd krets som består av Gunn-diod med DC-förspänning applicerad på den. Och detta kallas för att förspänna dioden i negativt motståndsområde.

På grund av detta blir kretsens totala differentiella motstånd noll eftersom diodens negativa motstånd upphävs med det positiva motståndet hos kretsen vilket resulterar i svängningar.

Gunn Diode arbetar

Denna diod är gjord av en enda bit Halvledare av N-typ såsom galliumarsenid och InP (indiumfosfid). GaAs och några andra halvledarmaterial har ett extraenergiband i sin elektroniska bandstruktur istället för att bara ha två energiband, dvs. valensband och ledningsband som vanliga halvledarmaterial. Dessa GaAs och några andra halvledarmaterial består av tre energiband, och detta extra tredje band är tomt i början.

Om en spänning appliceras på den här enheten visas det mesta av den applicerade spänningen över det aktiva området. Elektronerna från ledningsbandet som har försumbar elektrisk resistivitet överförs till det tredje bandet eftersom dessa elektroner sprids av den applicerade spänningen. Det tredje bandet av GaAs har rörlighet som är mindre än ledningsbandet.

På grund av detta ökar en ökning av framspänningen fältstyrkan (för fältstyrkor där applicerad spänning är större än tröskelspänningsvärdet), då antalet elektroner som når det tillstånd där den effektiva massan ökar genom att minska deras hastighet sålunda kommer strömmen att minska.

Således, om fältstyrkan ökas, kommer drivhastigheten att minska, vilket skapar ett negativt inkrementellt motståndsområde i V-I-förhållande. Således ökar spänningen motståndet genom att skapa en skiva vid katoden och når anoden. Men för att bibehålla en konstant spänning skapas en ny skiva vid katoden. På samma sätt, om spänningen minskar, kommer motståndet att minska genom att släcka eventuellt befintligt segment.

Gunn Diodes egenskaper

Gunn Diode Characterstics

Gunn Diode Characterstics

Strömspänningsförhållandets egenskaper hos en Gunn-diod visas i ovanstående diagram med dess negativa motståndsregion. Dessa egenskaper liknar egenskaperna hos tunneldioden.

Som visas i ovanstående diagram börjar strömmen initialt öka i denna diod, men efter att ha nått en viss spänningsnivå (vid ett specificerat spänningsvärde kallat tröskelspänningsvärde) minskar strömmen innan den ökar igen. Regionen där strömmen faller kallas ett negativt motståndsområde och på grund av detta svänger den. I detta negativa motståndsområde fungerar denna diod som både oscillator och förstärkare, som i detta område är dioden aktiverad att förstärka signaler.

Gunn Diodes applikationer

Gunn Diode-applikationer

Gunn Diode-applikationer

  • Används som Gunn-oscillatorer för att generera frekvenser från 100 mW 5 GHz till 1 W 35 GHz utgångar. Dessa Gunn-oscillatorer används för radiokommunikation , militära och kommersiella radarkällor.
  • Används som sensorer för att upptäcka inkräktare för att undvika spårning av tåg.
  • Används som effektiva mikrovågsgeneratorer med ett frekvensområde på upp till hundratals GHz.
  • Används för fjärrvibrationsdetektorer och rotationshastighetsmätning varvräknare .
  • Används som en mikrovågsströmgenerator (Pulsed Gunn-diodgenerator).
  • Används i mikrovågssändare för att generera mikrovågsradiovågor med mycket låg effekt.
  • Används som snabbstyrande komponenter i mikroelektronik, t.ex. för modulering av halvledarinsprutningslaser.
  • Används som sub-millimetervågapplikationer genom att multiplicera Gunn-oscillatorfrekvensen med diodfrekvensen.
  • Vissa andra tillämpningar inkluderar sensorer för dörröppning, processstyrenheter, barriärmanövrering, omkretsskydd, fotgängarsäkerhetssystem, linjära avståndsindikatorer, nivåsensorer, mätning av fuktinnehåll och inkräktarlarm.

Vi hoppas att du har en uppfattning om Gunn-dioden, egenskaperna hos Gunn-dioden, Gunn-effekten, Gunn-diodoscillatorn och dess arbete med applikationer i korthet. För mer information om Gunn-dioderna, vänligen skicka dina frågor genom att kommentera nedan.

Fotokrediter: