Gunn Diode: Arbejde, egenskaber og applikationer

Gunn Diode: Arbejde, egenskaber og applikationer

En diode er en to-terminal halvleder elektronisk komponent der udviser ikke-lineære strømspændingsegenskaber. Det tillader strøm i en retning, hvor dens modstand er meget lav (næsten nul modstand) under fremadspænding. På samme måde tillader det ikke i den anden retning strømmen af ​​strøm - da det giver en meget høj modstand (uendelig modstand fungerer som åbent kredsløb) under omvendt bias.



Gunn Diode

Gunn Diode

Det dioder klassificeres i forskellige typer baseret på deres arbejdsprincipper og egenskaber. Disse inkluderer generisk diode, Schotty-diode, Shockley-diode, konstantdiode, Zener-diode , Lysdiode, fotodiode, tunneldiode, Varactor, vakuumrør, laserdiode, PIN-diode, Peltier-diode, Gunn-diode og så videre. I et specielt tilfælde diskuterer denne artikel om Gunn-diodens arbejde, egenskaber og anvendelser.






Hvad er en Gunn Diode?

En Gunn-diode betragtes som en type diode, selvom den ikke indeholder nogen typisk PN-diodeforbindelse som de andre dioder, men den består af to elektroder. Denne diode kaldes også som en overført elektronisk enhed. Denne diode er en negativ differentieret modstandsindretning, der ofte bruges som en laveffektoscillator til generering mikrobølger . Den består kun af halvleder af N-typen, hvor elektroner er de fleste ladebærere. For at generere korte radiobølger såsom mikrobølger bruger den Gunn-effekten.

Gunn-diodestruktur

Gunn-diodestruktur



Den centrale region vist i figuren er en aktiv region, der er korrekt doteret N-type GaA'er og epitaksial lag med en tykkelse på ca. 8 til 10 mikrometer. Den aktive region er klemt mellem de to regioner, der har de ohmske kontakter. En køleplade er tilvejebragt for at undgå overophedning og for tidlig svigt i dioden og for at opretholde termiske grænser.

Til konstruktionen af ​​disse dioder anvendes kun N-type materiale, hvilket skyldes den overførte elektroneffekt, der kun gælder for N-type materialer og ikke kan anvendes til P-type materialer. Frekvensen kan varieres ved at variere tykkelsen af ​​det aktive lag under doping.

Gunn-effekt

Det blev opfundet af John Battiscombe Gunn i 1960'erne efter hans eksperimenter med GaAs (Gallium Arsenide), han observerede en støj i resultaterne af sine eksperimenter og skyldte dette genereringen af ​​elektriske svingninger ved mikrobølgefrekvenser af et konstant elektrisk felt med en størrelse større end tærskelværdien. Det blev navngivet som Gunn Effect, efter at dette var blevet opdaget af John Battiscombe Gunn.


Gunn-effekten kan defineres som generering af mikrobølgeeffekt (effekt med mikrobølgefrekvenser på omkring et par GHz), når spændingen, der påføres en halvlederindretning, overstiger den kritiske spændingsværdi eller tærskelspændingsværdien.

Gunn Diode Oscillator

Gunn Diode Oscillator

Gunn Diode Oscillator

Gunn-dioder bruges til at bygge oscillatorer til generering af mikrobølger med frekvenser fra 10 GHz til THz. Det er en negativ differentieret modstandsenhed - også kaldet som overført elektronenhed oscillator - som er et tunet kredsløb, der består af Gunn-diode med DC-forspænding påført. Og dette betegnes som forspænding af dioden i negativ modstandsregion.

På grund af dette bliver kredsløbets samlede differentielle modstand nul, da diodens negative modstand annulleres med kredsløbets positive modstand, hvilket resulterer i svingninger.

Gunn Diode arbejder

Denne diode er lavet af et enkelt stykke N-type halvleder såsom Galliumarsenid og InP (Indiumphosphid). GaA'er og nogle andre halvledermaterialer har et ekstra energibånd i deres elektroniske båndstruktur i stedet for kun at have to energibånd, nemlig. valensbånd og ledningsbånd som normale halvledermaterialer. Disse GaA'er og nogle andre halvledermaterialer består af tre energibånd, og dette ekstra tredje bånd er tomt i begyndelsesfasen.

Hvis der tilføres en spænding til denne enhed, vises det meste af den anvendte spænding over det aktive område. Elektronerne fra ledningsbåndet med ubetydelig elektrisk modstand overføres til det tredje bånd, fordi disse elektroner er spredt af den påførte spænding. Det tredje bånd af GaAs har mobilitet, som er mindre end ledningsbåndet.

På grund af dette øger en stigning i den forreste spænding feltstyrken (for feltstyrker, hvor den anvendte spænding er større end tærskelspændingsværdien), hvorefter antallet af elektroner når den tilstand, hvor den effektive masse stiger ved at reducere deres hastighed, og således vil strømmen falde.

Således, hvis feltstyrken øges, vil drivhastigheden falde, hvilket skaber en negativ inkrementel modstandsregion i V-I-forhold. Således vil forøgelse af spændingen øge modstanden ved at skabe et stykke ved katoden og når anoden. Men for at opretholde en konstant spænding oprettes et nyt stykke ved katoden. Tilsvarende, hvis spændingen falder, vil modstanden falde ved at slukke et eksisterende stykke.

Gunn Diodes egenskaber

Gunn Diode Karakteristika

Gunn Diode Karakteristika

Strømspændingsforholdskarakteristikkerne for en Gunn-diode er vist i ovenstående graf med dens negative modstandsregion. Disse egenskaber svarer til tunneldiodeens karakteristika.

Som vist i ovenstående graf begynder strømmen oprindeligt at stige i denne diode, men efter at have nået et bestemt spændingsniveau (ved en specificeret spændingsværdi kaldet tærskelspændingsværdi) falder strømmen inden den øges igen. Regionen, hvor strømmen falder, betegnes som en negativ modstandsregion, og på grund af dette svinger den. I denne negative modstandsregion fungerer denne diode som både oscillator og forstærker, som i dette område er dioden i stand til at forstærke signaler.

Gunn Diodes applikationer

Gunn Diode-applikationer

Gunn Diode-applikationer

  • Brugt som Gunn-oscillatorer til at generere frekvenser fra 100mW 5GHz til 1W 35GHz output. Disse Gunn-oscillatorer bruges til radiokommunikation , militære og kommercielle radarkilder.
  • Anvendes som sensorer til detektering af overtrædere for at undgå sporing af tog.
  • Brugt som effektive mikrobølgeneratorer med et frekvensområde på op til hundreder GHz.
  • Anvendes til fjernvibrationsdetektorer og rotationshastighedsmåling omdrejningstællere .
  • Bruges som en mikrobølgestrømgenerator (Pulsed Gunn-diodegenerator).
  • Anvendes i mikrobølgesendere til at generere mikrobølgeradiobølger med meget lave kræfter.
  • Anvendes som hurtigstyrende komponenter i mikroelektronik såsom til modulering af halvlederinjektionslasere.
  • Anvendes som sub-millimeterbølgeapplikationer ved at gange Gunn-oscillatorfrekvensen med diodefrekvensen.
  • Nogle andre applikationer inkluderer døråbningssensorer, processtyringsanordninger, barrierer, perimeterbeskyttelse, fodgængersikkerhedssystemer, lineære afstandsindikatorer, niveausensorer, måling af fugtindhold og indbrudsalarmer.

Vi håber, at du har fået en idé om Gunn-dioden, karakteristika ved Gunn-diode, Gunn-effekt, Gunn-diodeoscillator og dens arbejde med applikationer i korte træk. For mere information om Gunn-dioderne, bedes du sende dine forespørgsler ved at kommentere nedenfor.

Fotokreditter: