Gunn Diode: Working, Characteristics & Applications

Vyzkoušejte Náš Nástroj Pro Odstranění Problémů





Dioda je dvousvorkový polovodič Elektronická součástka který vykazuje nelineární charakteristiky proudového napětí. Umožňuje dopředný proud v jednom směru, při kterém je jeho odpor velmi nízký (téměř nulový odpor). Podobně v opačném směru neumožňuje tok proudu - protože během reverzního zkreslení nabízí velmi vysoký odpor (nekonečný odpor funguje jako otevřený obvod).

Gunn Diode

Gunn Diode



The diody jsou rozděleny do různých typů na základě jejich pracovních principů a charakteristik. Mezi ně patří obecná dioda, Schottyova dioda, Shockleyova dioda, dioda s konstantním proudem, Zenerova dioda , Světelná dioda, fotodioda, tunelová dioda, varaktor, vakuová trubice, laserová dioda, PIN dioda, Peltierova dioda, Gunnova dioda atd. Ve zvláštním případě tento článek pojednává o fungování, charakteristikách a aplikacích Gunn diody.


Co je Gunnova dioda?

Gunnova dioda je považována za typ diody, i když neobsahuje žádný typický přechod PN diody jako ostatní diody, ale skládá se ze dvou elektrod. Tato dioda je také nazývána jako přenesené elektronické zařízení. Tato dioda je zařízení se záporným diferenciálním odporem, které se často používá jako generátor s nízkým výkonem mikrovlnné trouby . Skládá se pouze z polovodiče typu N, ve kterém jsou elektrony většinovými nosiči náboje. Ke generování krátkých rádiových vln, jako jsou mikrovlnné trouby, využívá Gunnův efekt.



Struktura diody Gunn

Struktura diody Gunn

Centrální oblast zobrazená na obrázku je aktivní oblast, která je řádně dotovaná GaA typu N a epitaxní vrstvou o tloušťce přibližně 8 až 10 mikrometrů. Aktivní oblast je vložena mezi dvě oblasti mající ohmické kontakty. K dispozici je chladič, který zabrání přehřátí a předčasnému selhání diody a udržuje tepelné limity.

Pro konstrukci těchto diod se používá pouze materiál typu N, což je vzhledem k efektu přeneseného elektronu použitelné pouze pro materiály typu N a není použitelné pro materiály typu P. Četnost se může měnit změnou tloušťky aktivní vrstvy během dopingu.

Gunn Effect

To bylo vynalezeno Johnem Battiscombe Gunnem v 60. letech po jeho experimentech na GaAs (Gallium Arsenide), pozoroval šum ve výsledcích svých experimentů a vděčil za to generování elektrických oscilací na mikrovlnných frekvencích stálým elektrickým polem o velikosti větší než prahová hodnota. To bylo pojmenováno jako Gunn Effect poté, co to objevil John Battiscombe Gunn.


Gunnův efekt lze definovat jako generování mikrovlnného výkonu (výkon s mikrovlnnými frekvencemi kolem několika GHz), kdykoli napětí přivedené na polovodičové zařízení překročí kritickou hodnotu napětí nebo prahovou hodnotu napětí.

Gunn Diode Oscillator

Gunn Diode Oscillator

Gunn Diode Oscillator

Gunnovy diody se používají k výrobě oscilátorů pro generování mikrovln s frekvencemi od 10 GHz do THz. Jedná se o zařízení se záporným diferenciálním odporem - nazývané také jako přenesené elektronový oscilátor zařízení - což je vyladěný obvod skládající se z Gunnovy diody s přivedeným stejnosměrným předpětím. A to se nazývá předpětí diody do oblasti negativního odporu.

Z tohoto důvodu se celkový diferenciální odpor obvodu stává nulovým, protože záporný odpor diody se ruší kladným odporem obvodu, což má za následek generování oscilací.

Gunn Diode pracuje

Tato dioda je vyrobena z jednoho kusu Polovodič typu N. jako je arsenid galia a InP (fosfid indný). GaAs a některé další polovodičové materiály mají ve své elektronické pásmové struktuře jedno extraenergetické pásmo, místo aby měly pouze dvě energetická pásma, viz. valenční pásmo a vodivé pásmo jako normální polovodičové materiály. Tyto GaAs a některé další polovodičové materiály se skládají ze tří energetických pásem a toto další třetí pásmo je v počáteční fázi prázdné.

Pokud je na toto zařízení přivedeno napětí, pak se většina přivedeného napětí objeví v aktivní oblasti. Elektrony z vodivého pásma mající zanedbatelný elektrický odpor jsou přenášeny do třetího pásma, protože tyto elektrony jsou rozptýleny aplikovaným napětím. Třetí pásmo GaAs má pohyblivost, která je menší než pásmo vodivosti.

Z tohoto důvodu zvýšení dopředného napětí zvyšuje intenzitu pole (pro intenzity pole, kde je aplikované napětí větší než hodnota prahového napětí), pak počet elektronů dosáhne stavu, ve kterém se efektivní hmotnost zvyšuje snížením jejich rychlosti, a proud se tedy sníží.

Pokud se tedy zvýší intenzita pole, rychlost driftu se sníží, čímž se vytvoří negativní oblast přírůstkového odporu ve vztahu V-I. Zvýšení napětí tedy zvýší odpor vytvořením řezu na katodě a dosáhne anody. Aby se však udržovalo konstantní napětí, vytvoří se na katodě nový plátek. Podobně, pokud napětí poklesne, odpor se sníží zhasnutím jakéhokoli existujícího řezu.

Charakteristiky Gunn Diode

Gunn Diode Characterstics

Gunn Diode Characterstics

Charakteristiky vztahu proud-napětí Gunnovy diody jsou zobrazeny ve výše uvedeném grafu s oblastí negativního odporu. Tyto vlastnosti jsou podobné charakteristikám tunelové diody.

Jak je znázorněno ve výše uvedeném grafu, nejprve se v této diodě začíná proud zvyšovat, ale po dosažení určité úrovně napětí (při zadané hodnotě napětí nazývané jako prahová hodnota napětí) se proud sníží, než se opět zvýší. Oblast, kde proud klesá, se označuje jako oblast negativního odporu, a proto osciluje. V této oblasti s negativním odporem tato dioda funguje jako oscilátor i zesilovač, protože v této oblasti je dioda schopna zesilovat signály.

Aplikace Gunn Diode

Gunn Diode Applications

Gunn Diode Applications

  • Používá se jako oscilátory Gunn pro generování frekvencí v rozmezí od 100 mW 5 GHz do 1 W 35 GHz výstupů. Tyto Gunn oscilátory se používají pro rádiové komunikace , vojenské a komerční zdroje radaru.
  • Používá se jako senzory pro detekci neoprávněných osob, aby se zabránilo vykolejení vlaků.
  • Používá se jako efektivní mikrovlnné generátory s frekvenčním rozsahem až stovek GHz.
  • Používá se pro dálkové detektory vibrací a měření rychlosti otáčení tachometry .
  • Používá se jako generátor mikrovlnného proudu (generátor pulzních Gunnových diod).
  • Používá se v mikrovlnných vysílačích pro generování mikrovlnných rádiových vln při velmi nízkých výkonech.
  • Používá se jako rychle se ovládající komponenty v mikroelektronice, například pro modulaci laserů se vstřikováním polovodičů.
  • Používá se jako aplikace pod milimetrové vlny vynásobením frekvence Gunnova oscilátoru frekvencí diody.
  • Některé další aplikace zahrnují senzory otevírání dveří, zařízení pro řízení procesů, provoz bariéry, obvodovou ochranu, bezpečnostní systémy pro chodce, lineární ukazatele vzdálenosti, snímače hladiny, měření obsahu vlhkosti a alarmy vetřelců.

Doufáme, že máte krátkou představu o Gunnově diodě, charakteristice Gunnovy diody, Gunn Effectu, Gunnovy diody a jejich práci s aplikacemi. Další informace týkající se Gunnových diod naleznete v níže uvedených komentářích.

Fotografické kredity: