Diod Gunn ialah peranti semikonduktor yang digunakan untuk menjana isyarat gelombang mikro kuasa rendah dengan cara yang mudah dan kos rendah. Ini telah digunakan selama lebih daripada 60 tahun sekarang. Diod Gunn boleh berfungsi dengan frekuensi antara beberapa gigahertz hingga lebih 100 GHz. Ia pertama kali ditemui oleh J. B. Gunn dari IBM pada awal 1960-an.
Hari ini, diod Gunn digunakan secara komersil dalam pelbagai aplikasi, termasuk talian data gelombang mikro, radar FM dan CW berkuasa rendah, penggera penceroboh penceroboh, dll. Di bawah parameter suhu dan voltan yang stabil, litar yang menggunakan diod ini boleh menjana 15 mW kepada 1 watt kuasa dan mempunyai bunyi yang rendah dan kestabilan frekuensi yang sangat baik. Diod pistol sangat disukai oleh peminat untuk digunakan dalam radio amatur yang beroperasi pada 10 GHz.
Pembinaan
Diod Gunn dihasilkan daripada sekeping silikon jenis-N. Ini dibahagikan kepada tiga bahagian utama, seperti yang dilihat dalam Rajah 1.
Kawasan atas dan bawah peranti termasuk bahan N+ yang telah didop secara meluas, menghasilkan kekonduksian yang kuat untuk antara muka dengan parameter luaran.
Sambungan wayar dipasang pada pangkalan pengalir di mana peranti dipasang. Pangkalan peranti juga berfungsi sebagai sink haba untuk menyerap haba yang berlebihan.
Pautan emas diletakkan pada permukaan atas yang bersambung dengan terminal bertentangan diod. Untuk memastikan kekonduksian yang luar biasa dan kestabilan relatif, emas menjadi penting.
Kawasan aktif peranti terletak di bahagian tengah, yang kurang didop secara meluas dan mempunyai kekonduksian yang lebih rendah. Ini biasanya sekitar 0.5 ohm setiap sentimeter padu, yang menunjukkan bahawa hampir semua voltan yang digunakan merentasi peranti melalui lapisan diod ini.
Ketebalan purata lapisan aktif diod ialah sepuluh mikron (0.001 cm). Ketebalannya jelas berbeza dari satu diod ke yang lain kerana ini memberi kesan terutamanya kepada kerja keseluruhan diod. Ini menunjukkan bahawa kekerapan operasi peranti ini adalah elemen kritikal bagi lembaran datanya.
Diod Gunn mempunyai reka bentuk yang unik kerana ia diperbuat sepenuhnya daripada bahan jenis N dan tidak mempunyai simpang P-N. Pada dasarnya, ia bukan jenis diod konvensional, sebaliknya berfungsi pada prinsip yang berbeza sama sekali.
Bagaimana Diod Gunn Berfungsi
Walaupun kerja diod Gunn kelihatan rumit, adalah mungkin untuk memahaminya pada tahap asas.
Kawasan tengah aktif peranti tertakluk kepada majoriti potensi yang dicipta oleh voltan yang digunakan. Rantau ini sangat nipis, malah sedikit anjakan voltan menunjukkan potensi kecerunan atau turun naik voltan yang ketara pada jarak tertentu.
Seperti yang digambarkan dalam Rajah 2, nadi arus mula mengalir melalui zon aktif apabila voltan yang digunakan merentasinya mencapai tahap tertentu.
Akibatnya, selebihnya kecerunan potensi kawasan aktif berkurangan, yang menghentikan penjanaan denyutan arus tambahan. Hanya selepas nadi semasa melintasi ke hujung bertentangan zon aktif, kecerunan berpotensi tinggi kembali, membolehkan penjanaan nadi semasa yang lain.
Jika lengkung voltan dan arus diplotkan, adalah mungkin untuk melihat aktiviti nadi arus yang pelik dari sudut yang berbeza.
Perbezaan antara Diod Penerus dan Diod Gunn
- Lengkung diod penerus konvensional dan diod Gunn digambarkan dalam rajah dalam Rajah3 di atas.
- Arus diod penerus konvensional meningkat dengan voltan, namun hubungan ini tidak selalu linear.
- Sebaliknya, arus diod Gunn mula meningkat dan, selepas mencapai voltan tertentu, mula menurun sebelum meningkat sekali lagi.
- Sifat ayunannya disebabkan oleh rantau ini di mana ia jatuh, yang dirujuk sebagai rantau 'rintangan negatif'.
Menetapkan Kekerapan
Walaupun ketebalan kawasan aktif menentukan kekerapan operasi umum, ia masih boleh dilakukan untuk menukar frekuensi merentas julat tertentu. Memandangkan diod Gunn ialah peranti gelombang mikro, ia biasanya dipasang dalam rongga pandu gelombang untuk menghasilkan litar yang ditala. Kekerapan operasinya ditentukan oleh kekerapan resonans keseluruhan pemasangan.
Proses penalaan boleh dilakukan dalam pelbagai kaedah. Dengan memasukkan skru boleh laras ke dalam rongga pandu gelombang, perubahan mekanikal boleh dibuat, membolehkan penunjuk penalaan asas.
Namun begitu, penalaan elektrik biasanya juga diperlukan, dan satu daripada dua kaedah berbeza boleh digunakan. Kaedah pertama melibatkan gandingan diod varaktor ke dalam litar pengayun Gunn.
Apabila voltan pada diod varactor ditukar, kapasitansi berubah, menyebabkan frekuensi di mana keseluruhan litar bergema berubah.
Walaupun pendekatan ini murah dan mudah digunakan, ia mempunyai banyak kelemahan. Pertama, ia mempunyai julat operasi yang terhad. Kedua, teknik ini menghasilkan banyak bunyi fasa, yang mungkin tidak sesuai untuk banyak aplikasi.
Menggunakan YIG untuk Pelarasan Frekuensi Berkesan
Menggunakan bahan YIG nampaknya merupakan teknik penalaan yang lebih berkesan. Ini menggabungkan Yttrium Iron Garnet, bahan feromagnetik.
Apabila diod Gunn dan YIG dimasukkan ke dalam rongga, saiz berkesan rongga berkurangan. Sebuah gegelung diletakkan di luar pandu gelombang untuk melakukan ini.
Apabila arus mengalir melalui gegelung, ia mempunyai kesan mengembangkan isipadu magnet YIG dan mengecutkan dimensi elektrik rongga. Akibatnya, kekerapan operasi meningkat. Bunyi fasa dikurangkan dengan ketara dengan penalaan YIG, dan julat frekuensi yang besar boleh dicapai.
Menggunakan Gunnplexer Untuk Radio Amatur
Pengayun diod Gunn ialah komponen transceiver komersial yang ditawarkan oleh Advanced Receiver Research untuk kegunaan radio amatur. Peranti, yang dirujuk sebagai 'Gunnplexer,' digunakan untuk menghasilkan dan menukar turun isyarat amatur nominal daripada 10 GHz kepada jalur amatur pada 2 meter (144 MHz), atau frekuensi perantaraan rendah (IF) lain.
Gunnplexer terdiri daripada diod Gunn yang disambungkan pada antena tanduk segi empat tepat keuntungan tinggi bersama-sama diod pembancuh Schottky yang disertakan di dalam rongga 10 GHz.
Variasi frekuensi sehingga 60 MHz daripada frekuensi resonans biasa boleh dicapai menggunakan penalaan varactor. Diod Gunn beroperasi sebagai pemancar dan pengayun tempatan untuk 2 meter IF yang ditukar ke bawah.
