Ano ang isang Gunn Diode? Paano ito Gumagana?

Subukan Ang Aming Instrumento Para Sa Pagtanggal Ng Mga Problema





Ang mga diode ng Gunn ay mga semiconductor device na ginagamit upang makabuo ng mga low-power na microwave signal sa simple at murang paraan. Ang mga ito ay ginagamit nang higit sa 60 taon na ngayon. Ang mga gunn diode ay maaaring gumana sa mga frequency mula sa ilang gigahertz hanggang sa higit sa 100 GHz. Ito ay unang natuklasan ni J. B. Gunn ng IBM noong unang bahagi ng 1960s.

Sa ngayon, ang mga Gunn diode ay ginagamit nang komersyal sa isang malawak na hanay ng mga application, kabilang ang mga linya ng data ng microwave, low-powered FM at CW radar, mga intruder burglar alarm, atbp. Sa ilalim ng stable na temperatura at mga parameter ng boltahe, ang mga circuit na gumagamit ng mga diode na ito ay maaaring makabuo ng 15 mW hanggang 1 watt ng power at may mababang ingay at mahusay na frequency stability. Ang mga diode ng baril  ay lalo na gustong-gusto ng mga mahilig sa paggamit sa mga amateur radio na tumatakbo sa 10 GHz.



Konstruksyon

Ang isang Gunn diode ay ginawa mula sa isang piraso ng N-type na silicon. Ito ay nahahati sa tatlong pangunahing mga seksyon, tulad ng nakikita sa Fig. 1.

Kasama sa itaas at ibabang bahagi ng device ang N+ na materyal na malawakang na-doped, na nagreresulta sa malakas na conductivity para sa interfacing sa mga panlabas na parameter.



Ang koneksyon ng wire ay nakakabit sa conducting base kung saan naka-install ang device. Ang base ng device ay nagsisilbi ring heat sink para sumipsip ng sobrang init.

Ang isang gintong link ay inilalagay sa tuktok na ibabaw na nag-uugnay sa kabaligtaran na terminal ng diode. Upang matiyak ang pambihirang conductivity at relatibong katatagan, ang ginto ay nagiging mahalaga.

Ang aktibong rehiyon ng device ay nasa gitna, na hindi gaanong malawak na doped at may mas mababang conductivity. Ito ay karaniwang humigit-kumulang 0.5 ohm bawat cubic centimeter, na nagpapahiwatig na halos lahat ng boltahe na inilapat sa device ay dumadaan sa layer na ito ng diode.

Ang average na kapal ng aktibong layer ng diode ay sampung microns (0.001 cm). Ang kapal nito ay malinaw na mag-iiba mula sa isang diode patungo sa isa pa dahil ito ay pangunahing nakakaapekto sa pangkalahatang pagtatrabaho ng diode. Ipinahihiwatig nito na ang dalas ng pagpapatakbo ng device na ito ay isang kritikal na elemento ng datasheet nito.

Ang Gunn diode ay may kakaibang disenyo dahil ito ay ganap na binubuo ng N-type na materyal at walang P-N junction. Sa esensya, ito ay hindi isang maginoo na uri ng diode, sa halip ay gumagana sa magkakaibang mga prinsipyo.

Paano Gumagana ang isang Gunn Diode

Bagama't ang pagtatrabaho ng isang Gunn diode ay maaaring mukhang kumplikado, maaaring posible na maunawaan ito sa isang pangunahing antas.

Ang aktibong sentrong rehiyon ng device ay napapailalim sa karamihan ng potensyal na nilikha ng isang inilapat na boltahe. Ang rehiyong ito ay lubhang manipis, at kahit na ang isang maliit na pagbabago ng boltahe ay nagpapakita ng isang makabuluhang potensyal na gradient o pagbabagu-bago ng boltahe sa isang tiyak na distansya.

Tulad ng inilalarawan sa Fig. 2, ang isang kasalukuyang pulso ay nagsisimulang dumaloy sa aktibong sona kapag ang inilapat na boltahe sa kabuuan nito ay umabot sa isang tiyak na antas.

Bilang resulta, ang natitirang bahagi ng potensyal na gradient ng aktibong rehiyon ay bumababa, na humihinto sa pagbuo ng mga karagdagang kasalukuyang pulso. Pagkatapos lamang na tumawid ang kasalukuyang pulso sa tapat na dulo ng aktibong sona babalik ang mataas na potensyal na gradient, na nagbibigay-daan para sa pagbuo ng isa pang kasalukuyang pulso.

Kung ang boltahe at kasalukuyang curve ay naka-plot out, posibleng makita ang kakaibang kasalukuyang aktibidad ng pulso mula sa ibang anggulo.

Pagkakaiba sa pagitan ng Rectifier Diode at Gunn Diode

  • Ang mga curve ng isang conventional rectifier diode at isang Gunn diode ay inilalarawan sa diagram sa Figure3 sa itaas.
  • Ang kasalukuyang rectifier diode ay tumataas nang may boltahe, gayunpaman ang relasyon na ito ay hindi palaging linear.
  • Sa kabilang banda, ang kasalukuyang diode ng Gunn ay nagsisimulang tumaas at, pagkatapos maabot ang isang tiyak na boltahe, ay nagsisimulang bumaba bago tumaas muli.
  • Ang mga katangian ng oscillation nito ay sanhi ng rehiyong ito kung saan ito bumababa, na tinutukoy bilang isang 'negatibong pagtutol' na rehiyon.

Pagtatakda ng Dalas

Bagama't tinutukoy ng kapal ng aktibong rehiyon ang pangkalahatang dalas ng pagpapatakbo, posible pa ring baguhin ang dalas sa isang partikular na saklaw. Dahil ang Gunn diode ay isang microwave device, ito ay karaniwang naka-install sa isang wave-guide cavity upang makabuo ng isang tuned circuit. Ang dalas ng operasyon nito ay tinutukoy ng resonant frequency ng buong assembly.

Ang proseso ng pag-tune ay maaaring magawa sa iba't ibang paraan. Sa pamamagitan ng pagpasok ng adjustable screw sa waveguide cavity, maaaring gumawa ng mga mekanikal na pagbabago, na nagbibigay-daan sa isang basic tuning indicator.

Gayunpaman, kadalasang kinakailangan din ang electrical tuning, at maaaring gamitin ang isa sa dalawang magkaibang pamamaraan. Ang unang paraan  ay kinabibilangan ng pagsasama ng isang varactor diode sa Gunn oscillator circuit.

Kapag ang boltahe sa varactor diode ay binago, ang kapasidad ay nagbabago, na nagiging sanhi ng dalas kung saan ang buong circuit ay sumasalamin sa pagbabago.

Kahit na ang diskarte na ito ay mura at simpleng gamitin, mayroon itong maraming mga kawalan. Una, mayroon itong limitadong saklaw ng pagpapatakbo. Pangalawa, ang diskarteng ito ay gumagawa ng maraming yugto ng ingay, na maaaring hindi angkop para sa maraming mga aplikasyon.

Paggamit ng YIG para sa Epektibong Pagsasaayos ng Dalas

Ang paggamit ng materyal na YIG ay tila isang mas epektibong pamamaraan ng pag-tune. Isinasama nito ang Yttrium Iron Garnet, isang ferromagnetic substance.

Kapag ang Gunn diode at YIG ay ipinasok sa cavity, ang epektibong sukat ng cavity ay nababawasan. Ang isang coil ay nakaposisyon sa labas ng waveguide upang gawin ito.

Kapag ang isang kasalukuyang dumadaloy sa coil, ito ay may epekto ng pagpapalawak ng magnetic volume ng YIG at pagkontrata ng de-koryenteng sukat ng lukab. Bilang isang resulta, ang dalas ng operasyon ay tumataas. Ang ingay ng phase ay makabuluhang nabawasan sa pag-tune ng YIG, at maaaring makamit ang isang malaking saklaw ng dalas.

Paggamit ng Gunnplexer Para sa Amateur Radio

Ang Gunn diode oscillator ay isang bahagi ng isang komersyal na transceiver na inaalok ng Advanced Receiver Research para sa amateur na paggamit ng radyo. Ang device, na tinutukoy bilang isang 'Gunnplexer,' ay ginagamit upang gumawa at mag-down-convert ng mga nominal na amateur signal mula 10 GHz patungo sa amateur band sa 2 metro (144 MHz), o iba pang lower intermediate frequency (IFs).

Ang Gunnplexer ay binubuo ng isang Gunn diode na nakakabit sa isang high gain na rectangular horn antenna kasama ng Schottky mixer diode na nakapaloob sa loob ng 10 GHz na lukab.

Ang mga pagkakaiba-iba ng dalas na hanggang 60 MHz mula sa normal na dalas ng resonance ay maaaring makamit gamit ang pag-tune ng varactor. Gumagana ang Gunn diode bilang parehong transmitter at lokal na oscillator para sa down-converted na 2-meter IF.