Gunn-diodi: työskentely, ominaisuudet ja sovellukset

Gunn-diodi: työskentely, ominaisuudet ja sovellukset

Diodi on kaksinapainen puolijohde elektroninen komponentti jolla on epälineaariset virta-jänniteominaisuudet. Se sallii virran yhteen suuntaan, jossa sen vastus on hyvin pieni (lähes nolla vastus) eteenpäin suuntautuvan esijännityksen aikana. Samoin toisessa suunnassa se ei salli virtaa - koska se tarjoaa erittäin suuren vastuksen (ääretön vastus toimii avoimena piirinä) käänteisen esijännityksen aikana.



Gunn-diodi

Gunn-diodi

diodit luokitellaan erityyppisiin niiden toimintaperiaatteiden ja ominaisuuksien perusteella. Näitä ovat yleinen diodi, Schotty-diodi, Shockley-diodi, vakiovirtadiodi, Zener-diodi , Valodiodi, Valodiodi, Tunnelidiodi, Varactor, Tyhjiöputki, Laserdiodi, PIN-diodi, Peltier-diodi, Gunn-diodi ja niin edelleen. Eräässä erityistapauksessa tässä artikkelissa käsitellään Gunn-diodin toimintaa, ominaisuuksia ja sovelluksia.






Mikä on Gunn-diodi?

Gunn-diodia pidetään eräänlaisena diodina, vaikka se ei sisällä tyypillistä PN-diodiliitosta kuten muut diodit, mutta se koostuu kahdesta elektrodista. Tätä diodia kutsutaan myös siirretyksi elektroniseksi laitteeksi. Tämä diodi on negatiivinen differentiaaliresistanssilaite, jota käytetään usein pienitehoisena oskillaattorina mikroaallot . Se koostuu vain N-tyyppisistä puolijohteista, joissa elektronit ovat suurin varauksen kantaja. Lyhyiden radioaaltojen, kuten mikroaaltojen, tuottamiseksi se käyttää Gunn-tehostetta.

Gunn-diodirakenne

Gunn-diodirakenne



Kuvassa esitetty keskeinen alue on aktiivinen alue, johon on seostettu asianmukaisesti N-tyyppisiä GaAs: iä ja epitaksikerros, jonka paksuus on noin 8-10 mikrometriä. Aktiivinen alue on kahden alueen välillä, joilla on ohmiset kontaktit. Jäähdytyslevy on järjestetty ylikuumenemisen ja diodin ennenaikaisen rikkoutumisen välttämiseksi ja lämpörajojen ylläpitämiseksi.

Näiden diodien rakentamiseen käytetään vain N-tyyppistä materiaalia, mikä johtuu siirtyneestä elektronivaikutuksesta, joka on sovellettavissa vain N-tyyppisiin materiaaleihin, eikä P-tyypin materiaaleihin. Taajuutta voidaan muuttaa vaihtelemalla aktiivisen kerroksen paksuutta dopingin aikana.

Gunn-vaikutus

Sen keksi John Battiscombe Gunn 1960-luvulla kokeidensa jälkeen GaAs: lla (Gallium Arsenide), hän havaitsi melun kokeidensa tuloksissa ja oli sen velkaa sähköisten värähtelyjen syntymiselle mikroaaltotaajuuksilla tasaisella sähkökentällä, jonka suuruus on suurempi kuin kynnysarvo. Se nimettiin Gunn Effectiksi sen jälkeen, kun John Battiscombe Gunn oli löytänyt tämän.


Gunn-vaikutus voidaan määritellä mikroaaltotehon tuottamiseksi (teho noin muutaman GHz: n mikroaaltotaajuuksilla) aina, kun puolijohdelaitteeseen syötetty jännite ylittää kriittisen jännitteen arvon tai kynnysjännitteen arvon.

Gunn-diodi-oskillaattori

Gunn-diodi-oskillaattori

Gunn-diodi-oskillaattori

Gunn-diodeja käytetään oskillaattorien rakentamiseen mikroaaltojen tuottamiseksi taajuuksilla, jotka vaihtelevat välillä 10 GHz - THz. Se on negatiivinen differentiaaliresistanssilaite - kutsutaan myös siirrettynä elektronilaitteen oskillaattori - joka on viritetty piiri, joka koostuu Gunn-diodista, johon on kohdistettu DC-esijännite. Ja tätä kutsutaan diodin esijännittämiseksi negatiivisen vastuksen alueeksi.

Tästä johtuen piirin kokonaiserovastus tulee olemaan nolla, kun diodin negatiivinen vastus kumoutuu piirin positiivisen vastuksen kanssa, mikä johtaa värähtelyjen muodostumiseen.

Gunn Dioden työ

Tämä diodi on valmistettu yhdestä kappaleesta N-tyyppinen puolijohde kuten galliumarsenidi ja InP (indiumfosfidi). GaAs: lla ja joillakin muilla puolijohdemateriaaleilla on yksi ylimääräinen energiakaista elektronisessa kaistarakenteessaan sen sijaan, että niissä olisi vain kaksi energiakaistaa, nimittäin. valenssikaista ja johtavuuskaista kuten tavalliset puolijohdemateriaalit. Nämä GaA: t ja jotkut muut puolijohdemateriaalit koostuvat kolmesta energiakaistasta, ja tämä ylimääräinen kolmas kaista on alkuvaiheessa tyhjä.

Jos tälle laitteelle kohdistetaan jännite, suurin osa käytetystä jännitteestä näkyy aktiivisen alueen poikki. Johtokaistalta peräisin olevat elektronit, joilla on merkityksetön sähköresistiivyys, siirtyvät kolmannelle kaistalle, koska nämä elektronit sirotellaan käytetyllä jännitteellä. GaAs: n kolmannen kaistan liikkuvuus on pienempi kuin johtamiskaistan.

Tämän vuoksi eteenpäin suuntautuvan jännitteen kasvu lisää kentän voimakkuutta (kenttävoimakkuuksille, joissa käytetty jännite on suurempi kuin kynnysjännitteen arvo), sitten elektronien lukumäärä, joka saavuttaa tilan, jossa tehollinen massa kasvaa vähentämällä niiden nopeutta, ja siten virta vähenee.

Siten, jos kentän voimakkuutta lisätään, ajautumisnopeus pienenee, mikä luo negatiivisen inkrementaalisen vastusalueen V-I-suhteessa. Täten jännitteen kasvu lisää vastusta luomalla katodille viipaleen ja saavuttaa anodin. Mutta jatkuvan jännitteen ylläpitämiseksi katodille luodaan uusi siivu. Vastaavasti, jos jännite pienenee, vastus pienenee sammuttamalla kaikki olemassa olevat viipaleet.

Gunn-diodin ominaisuudet

Gunn-diodiominaisuudet

Gunn-diodiominaisuudet

Gunn-diodin virta-jännite-suhdeominaisuudet on esitetty yllä olevassa kaaviossa negatiivisen vastuksen alueella. Nämä ominaisuudet ovat samanlaisia ​​kuin tunnelidiodin ominaisuudet.

Kuten yllä olevassa kaaviossa on esitetty, virta alkaa aluksi kasvaa tässä diodissa, mutta saavutettuaan tietyn jännitetason (tietyllä jännitearvolla, jota kutsutaan kynnysjännitearvoksi), virta pienenee ennen kuin se kasvaa uudelleen. Aluetta, johon virta laskee, kutsutaan negatiiviseksi vastusalueeksi, ja tästä johtuen se värähtelee. Tällä negatiivisen vastuksen alueella tämä diodi toimii sekä oskillaattorina että vahvistimena, koska tällä alueella diodi on mahdollista vahvistamaan signaaleja.

Gunn-diodin sovellukset

Gunn-diodisovellukset

Gunn-diodisovellukset

  • Käytetään Gunn-oskillaattoreina tuottamaan taajuuksia välillä 100mW 5GHz - 1W 35GHz. Näitä Gunn-oskillaattoreita käytetään radioviestintä , sotilaalliset ja kaupalliset tutkalähteet.
  • Käytetään antureina rikkomusten havaitsemiseksi junien suistumiselta välttämiseksi.
  • Käytetään tehokkaina mikroaaltogeneraattoreina, joiden taajuusalue on jopa satoja GHz.
  • Käytetään tärinän tunnistimiin ja pyörimisnopeuden mittaamiseen kierroslukumittarit .
  • Käytetään mikroaaltovirtageneraattorina (Pulsed Gunn -diodigeneraattori).
  • Käytetään mikroaaltolähettimissä mikroaaltouuni-radioaaltojen tuottamiseen hyvin pienellä teholla.
  • Käytetään nopeasti ohjaavina komponentteina mikroelektroniikassa, kuten puolijohde-injektiolaserien modulointiin.
  • Käytetään alle millimetrin aaltosovelluksina kertomalla Gunn-oskillaattorin taajuus dioditaajuudella.
  • Joitakin muita sovelluksia ovat oven avautumisanturit, prosessinohjauslaitteet, suojakäyttö, kehäsuoja, jalankulkijoiden turvajärjestelmät, lineaariset etäisyysilmaisimet, tasoanturit, kosteuspitoisuuden mittaus ja tunkeilijoiden hälytykset.

Toivomme, että sinulla on käsitys Gunn-diodista, Gunn-diodin ominaisuuksista, Gunn-efektistä, Gunn-diodioskillaattorista ja sen työskentelystä sovellusten kanssa lyhyesti. Jos haluat lisätietoja Gunn-diodeista, lähetä kyselysi kommentoimalla alla.

Valokuvahyvitykset: