Eine Diode ist ein Halbleiter mit zwei Anschlüssen elektronisches Bauteil das zeigt nichtlineare Strom-Spannungs-Eigenschaften. Es erlaubt Strom in einer Richtung, in der sein Widerstand während der Vorwärtsvorspannung sehr niedrig ist (Widerstand nahezu Null). In ähnlicher Weise lässt es in der anderen Richtung keinen Stromfluss zu, da es während der Sperrvorspannung einen sehr hohen Widerstand bietet (unendlicher Widerstand wirkt als offener Stromkreis).

Gunn Diode

Das Dioden werden in verschiedene Typen eingeteilt basierend auf ihren Arbeitsprinzipien und Eigenschaften. Dazu gehören generische Dioden, Schotty-Dioden, Shockley-Dioden, Konstantstromdioden, Zenerdiode , Leuchtdiode, Fotodiode, Tunneldiode, Varaktor, Vakuumröhre, Laserdiode, PIN-Diode, Peltier-Diode, Gunn-Diode und so weiter. In einem speziellen Fall werden in diesem Artikel die Funktionsweise, Eigenschaften und Anwendungen der Gunn-Diode erläutert.

Was ist eine Gunn-Diode?

Eine Gunn-Diode wird als Diodentyp betrachtet, obwohl sie wie die anderen Dioden keinen typischen PN-Diodenübergang enthält, sondern aus zwei Elektroden besteht. Diese Diode wird auch als übertragenes elektronisches Gerät bezeichnet. Diese Diode ist eine Vorrichtung mit negativem Differenzwiderstand, die häufig als Oszillator mit geringer Leistung zur Erzeugung verwendet wird Mikrowellen . Es besteht nur aus einem Halbleiter vom N-Typ, in dem Elektronen die Hauptladungsträger sind. Um kurze Radiowellen wie Mikrowellen zu erzeugen, wird der Gunn-Effekt verwendet.

Gunn-Diodenstruktur

Der in der Figur gezeigte zentrale Bereich ist ein aktiver Bereich, bei dem es sich um ordnungsgemäß dotiertes GaAs vom N-Typ und eine Epitaxieschicht mit einer Dicke von etwa 8 bis 10 Mikrometern handelt. Der aktive Bereich ist zwischen den beiden Bereichen mit den ohmschen Kontakten angeordnet. Ein Kühlkörper ist vorgesehen, um eine Überhitzung und einen vorzeitigen Ausfall der Diode zu vermeiden und die thermischen Grenzen einzuhalten.

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Für den Aufbau dieser Dioden wird nur Material vom N-Typ verwendet, was auf den übertragenen Elektroneneffekt zurückzuführen ist, der nur für Materialien vom N-Typ gilt, und nicht auf Materialien vom P-Typ. Die Frequenz kann variiert werden, indem die Dicke der aktiven Schicht während des Dotierens variiert wird.

Gunn-Effekt

Es wurde von John Battiscombe Gunn in den 1960er Jahren nach seinen Experimenten mit GaAs (Galliumarsenid) erfunden. Er beobachtete ein Rauschen in den Ergebnissen seiner Experimente und verdankte dies der Erzeugung elektrischer Schwingungen bei Mikrowellenfrequenzen durch ein stetiges elektrisches Feld mit einer Größe größer als der Schwellenwert. Es wurde als Gunn-Effekt bezeichnet, nachdem dies von John Battiscombe Gunn entdeckt worden war.

Der Gunn-Effekt kann als Erzeugung von Mikrowellenleistung (Leistung mit Mikrowellenfrequenzen von etwa einigen GHz) definiert werden, wenn die an ein Halbleiterbauelement angelegte Spannung den kritischen Spannungswert oder den Schwellenspannungswert überschreitet.

Gunn Diodenoszillator

Gunn-Dioden werden verwendet, um Oszillatoren zur Erzeugung von Mikrowellen mit Frequenzen im Bereich von 10 GHz bis THz zu bauen. Es ist ein Gerät mit negativem Differenzwiderstand - auch als übertragen bezeichnet Elektronengerät Oszillator - Dies ist ein abgestimmter Schaltkreis, der aus einer Gunn-Diode mit angelegter Gleichvorspannung besteht. Dies wird als Vorspannung der Diode in einen negativen Widerstandsbereich bezeichnet.

Aufgrund dessen wird der gesamte Differenzwiderstand der Schaltung Null, wenn der negative Widerstand der Diode mit dem positiven Widerstand der Schaltung abbricht, was zur Erzeugung von Schwingungen führt.

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Gunn Diode arbeitet

Diese Diode besteht aus einem Stück Halbleiter vom N-Typ wie Galliumarsenid und InP (Indiumphosphid). GaAs und einige andere Halbleitermaterialien haben ein zusätzliches Energieband in ihrer elektronischen Bandstruktur, anstatt nur zwei Energiebänder zu haben, nämlich. Valenzband und Leitungsband wie normale Halbleitermaterialien. Diese GaAs und einige andere Halbleitermaterialien bestehen aus drei Energiebändern, und dieses zusätzliche dritte Band ist im Anfangsstadium leer.

Wenn an dieses Gerät eine Spannung angelegt wird, erscheint der größte Teil der angelegten Spannung im aktiven Bereich. Die Elektronen aus dem Leitungsband mit vernachlässigbarem spezifischen elektrischen Widerstand werden in das dritte Band übertragen, da diese Elektronen durch die angelegte Spannung gestreut werden. Das dritte GaAs-Band weist eine Mobilität auf, die geringer ist als die des Leitungsbandes.

Aus diesem Grund erhöht eine Erhöhung der Durchlassspannung die Feldstärke (für Feldstärken, bei denen die angelegte Spannung größer als der Schwellenspannungswert ist), dann die Anzahl der Elektronen, die den Zustand erreichen, in dem die effektive Masse durch Verringern ihrer Geschwindigkeit zunimmt, und somit wird der Strom abnehmen.

Wenn also die Feldstärke erhöht wird, nimmt die Driftgeschwindigkeit ab, wodurch ein negativer inkrementeller Widerstandsbereich in der V-I-Beziehung erzeugt wird. Somit erhöht eine Erhöhung der Spannung den Widerstand, indem eine Schicht an der Kathode erzeugt wird und die Anode erreicht. Um jedoch eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten, wird an der Kathode eine neue Schicht erzeugt. Wenn die Spannung abnimmt, nimmt der Widerstand in ähnlicher Weise ab, indem eine vorhandene Schicht gelöscht wird.

Eigenschaften der Gunn-Diode

Gunn Diode Characterstics

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Die Strom-Spannungs-Beziehungseigenschaften einer Gunn-Diode sind in der obigen Grafik mit ihrem negativen Widerstandsbereich gezeigt. Diese Eigenschaften ähneln den Eigenschaften der Tunneldiode.

Wie in der obigen Grafik gezeigt, beginnt der Strom anfangs in dieser Diode anzusteigen, aber nach Erreichen eines bestimmten Spannungspegels (bei einem bestimmten Spannungswert, der als Schwellenspannungswert bezeichnet wird) nimmt der Strom ab, bevor er wieder ansteigt. Der Bereich, in dem der Strom abfällt, wird als negativer Widerstandsbereich bezeichnet und schwingt daher. In diesem negativen Widerstandsbereich wirkt diese Diode sowohl als Oszillator als auch als Verstärker, da in diesem Bereich die Diode in der Lage ist, Signale zu verstärken.

Anwendungen von Gunn Diode

Gunn-Dioden-Anwendungen

Wird als Gunn-Oszillator verwendet, um Frequenzen im Bereich von 100 mW 5 GHz bis 1 W 35 GHz zu erzeugen. Diese Gunn-Oszillatoren werden für verwendet Funkkommunikation , militärische und kommerzielle Radarquellen.
Wird als Sensor zur Erkennung von Eindringlingen verwendet, um eine Entgleisung von Zügen zu vermeiden.
Wird als effizienter Mikrowellengenerator mit einem Frequenzbereich von bis zu Hunderten von GHz verwendet.
Wird für Fernvibrationsdetektoren und Drehzahlmessungen verwendet Drehzahlmesser .
Wird als Mikrowellenstromgenerator (Pulsed Gunn Diodengenerator) verwendet.
Wird in Mikrowellensendern verwendet, um Mikrowellenfunkwellen mit sehr geringer Leistung zu erzeugen.
Wird als schnell steuernde Komponente in der Mikroelektronik verwendet, beispielsweise zur Modulation von Halbleiterinjektionslasern.
Wird als Sub-Millimeter-Wellenanwendung verwendet, indem die Gunn-Oszillatorfrequenz mit der Diodenfrequenz multipliziert wird.
Einige andere Anwendungen umfassen Türöffnungssensoren, Prozesssteuerungsvorrichtungen, Barrierenbetrieb, Perimeterschutz, Fußgängersicherheitssysteme, lineare Abstandsanzeigen, Füllstandsensoren, Messung des Feuchtigkeitsgehalts und Einbruchalarme.

Wir hoffen, dass Sie eine kurze Vorstellung von der Gunn-Diode, den Eigenschaften der Gunn-Diode, dem Gunn-Effekt, dem Gunn-Diodenoszillator und ihrer Arbeit mit Anwendungen haben. Für weitere Informationen zu den Gunn-Dioden senden Sie bitte Ihre Fragen, indem Sie unten einen Kommentar abgeben.

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