Gunn diodai yra puslaidininkiniai įtaisai, naudojami mažos galios mikrobangų signalams generuoti paprastai ir nebrangiai. Jie naudojami jau daugiau nei 60 metų. Gunn diodai gali dirbti su dažniais nuo kelių gigahercų iki daugiau nei 100 GHz. Pirmą kartą jį atrado J. B. Gunnas iš IBM septintojo dešimtmečio pradžioje.
Šiandien „Gunn“ diodai komerciškai naudojami įvairiose srityse, įskaitant mikrobangų duomenų linijas, mažos galios FM ir CW radarus, įsilaužimo signalizacijas ir kt. Esant stabiliems temperatūros ir įtampos parametrams, šiuos diodus naudojančios grandinės gali generuoti 15 mW 1 vato galia, mažas triukšmas ir puikus dažnio stabilumas. Pistoletų diodai ypač mėgstami entuziastų ir naudojami mėgėjiškuose radijo imtuvuose, veikiančiuose 10 GHz dažniu.
Statyba
Gunn diodas yra pagamintas iš vieno N tipo silicio gabalo. Jis suskirstytas į tris pagrindines dalis, kaip parodyta 1 pav.
Įrenginio viršuje ir apačioje yra N+ medžiagos, kuri buvo plačiai legiruota, todėl yra stiprus laidumas, susijęs su išoriniais parametrais.
Prie laidžiojo pagrindo, ant kurio sumontuotas prietaisas, pritvirtinama laidinė jungtis. Prietaiso pagrindas taip pat tarnauja kaip šilumos kriauklė, sugerianti šilumos perteklių.
Ant viršutinio paviršiaus yra auksinė jungtis, kuri jungiasi su priešingu diodo gnybtu. Norint užtikrinti išskirtinį laidumą ir santykinį stabilumą, auksas tampa būtinas.
Prietaiso aktyvioji sritis yra viduryje, kuri yra mažiau legiruota ir turi mažesnį laidumą. Paprastai tai yra apie 0,5 omo vienam kubiniam centimetrui, o tai rodo, kad beveik visa prietaiso įtampa praeina per šį diodo sluoksnį.
Vidutinis diodo aktyvaus sluoksnio storis yra dešimt mikronų (0,001 cm). Akivaizdu, kad jo storis skirtinguose dioduose skirsis, nes tai pirmiausia turi įtakos bendram diodo veikimui. Tai reiškia, kad šio įrenginio veikimo dažnis yra esminis jo duomenų lapo elementas.
Gunn diodas turi unikalų dizainą, nes yra visiškai pagamintas iš N tipo medžiagos ir neturi P-N jungties. Iš esmės tai nėra įprastinio tipo diodai, veikiau veikia visiškai skirtingais principais.
Kaip veikia Gunn diodas
Nors Gunn diodo veikimas gali atrodyti sudėtingas, gali būti įmanoma jį suprasti iš esmės.
Įrenginio aktyvioji centro sritis yra veikiama didžiosios dalies potencialo, kurį sukuria tiekiama įtampa. Ši sritis yra labai plona ir net nedidelis įtampos poslinkis rodo didelį potencialų gradientą arba įtampos svyravimą tam tikru atstumu.
Kaip parodyta 2 pav., srovės impulsas pradeda tekėti per aktyviąją zoną, kai joje esanti įtampa pasiekia tam tikrą lygį.
Dėl to sumažėja likusio aktyvaus regiono potencialo gradientas, o tai sustabdo papildomų srovės impulsų generavimą. Tik po to, kai srovės impulsas pereina į priešingą aktyviosios zonos galą, grįžta didelis potencialo gradientas, leidžiantis generuoti kitą srovės impulsą.
Nubrėžus įtampos ir srovės kreivę, galima pamatyti savitą srovės impulsų aktyvumą kitu kampu.
Skirtumas tarp lygintuvo diodo ir Gunn diodo
- Įprasto lygintuvo diodo ir Gunn diodo kreivės pavaizduotos 3 paveiksle esančioje diagramoje.
- Įprasto lygintuvo diodo srovė didėja didėjant įtampai, tačiau šis ryšys ne visada yra tiesinis.
- Kita vertus, Gunn diodo srovė pradeda kilti ir, pasiekusi tam tikrą įtampą, pradeda kristi, o vėliau vėl didėja.
- Jo virpesių savybes lemia ši sritis, kurioje jis nukrenta, o tai vadinama „neigiamo pasipriešinimo“ sritimi.
Dažnio nustatymas
Nors aktyvios srities storis lemia bendrą veikimo dažnį, vis tiek įmanoma pakeisti dažnį tam tikrame diapazone. Kadangi Gunn diodas yra mikrobangų įrenginys, jis paprastai įrengiamas bangolaidžio ertmėje, kad būtų sukurta suderinta grandinė. Jo veikimo dažnis nustatomas pagal viso mazgo rezonansinį dažnį.
Derinimo procesas gali būti atliktas įvairiais būdais. Į bangolaidžio ertmę įkišus reguliuojamą varžtą, galima atlikti mechaninius pakeitimus, įgalinančius pagrindinį derinimo indikatorių.
Nepaisant to, paprastai taip pat būtinas elektrinis derinimas, todėl galima naudoti vieną iš dviejų skirtingų metodų. Pirmasis metodas apima varaktorio diodo prijungimą prie Gunn generatoriaus grandinės.
Keičiant varaktorinio diodo įtampą, pasikeičia talpa, todėl pasikeičia dažnis, kuriuo rezonuoja visa grandinė.
Nors šis metodas yra nebrangus ir paprastas naudoti, jis turi daug trūkumų. Pirma, jo veikimo diapazonas yra ribotas. Antra, ši technika sukuria daug fazinio triukšmo, kuris gali būti netinkamas daugeliui programų.
YIG naudojimas efektyviam dažnio reguliavimui
Atrodo, kad YIG medžiagos naudojimas yra efektyvesnis derinimo būdas. Tai apima itrio geležies granatą, feromagnetinę medžiagą.
Kai Gunn diodas ir YIG įdedami į ertmę, efektyvus ertmės dydis sumažėja. Norėdami tai padaryti, bangolaidžio išorėje yra ritė.
Kai srovė teka per ritę, ji išplečia YIG magnetinį tūrį ir sumažina ertmės elektrinį matmenį. Dėl to padidėja operacijų dažnis. Fazinis triukšmas žymiai sumažinamas naudojant YIG derinimą, todėl galima pasiekti didelį dažnių diapazoną.
„Gunnplexer“ naudojimas radijo mėgėjams
„Gunn“ diodinis generatorius yra komercinio siųstuvo-imtuvo, kurį siūlo „Advanced Receiver Research“, skirtas radijo mėgėjų naudojimui, komponentas. Įrenginys, vadinamas „Gunnplexer“, naudojamas vardiniams mėgėjų signalams iš 10 GHz gaminti ir žemyn konvertuoti į 2 metrų (144 MHz) arba kitų žemesnių tarpinių dažnių (IF) mėgėjų juostą.
„Gunnplexer“ sudaro „Gunn“ diodas, pritvirtintas prie didelio stiprinimo stačiakampės raginės antenos, kartu su Schottky maišytuvo diodais, įtaisytais 10 GHz ertmėje.
Naudojant varaktorinį derinimą, galima pasiekti iki 60 MHz dažnio svyravimus nuo įprasto rezonanso dažnio. Gunn diodas veikia ir kaip siųstuvas, ir kaip vietinis osciliatorius žemyn konvertuojamam 2 metrų IF.
