Gunn Diode: การทำงานลักษณะและการใช้งาน

ลองใช้เครื่องมือของเราเพื่อกำจัดปัญหา





ไดโอดเป็นสารกึ่งตัวนำสองขั้ว ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ ที่แสดงลักษณะแรงดันกระแสไฟฟ้าแบบไม่เชิงเส้น ช่วยให้กระแสไฟฟ้าในทิศทางเดียวที่ความต้านทานต่ำมาก (ความต้านทานเกือบเป็นศูนย์) ระหว่างความเอนเอียงไปข้างหน้า ในทำนองเดียวกันในอีกทิศทางหนึ่งจะไม่อนุญาตให้มีการไหลของกระแสไฟฟ้าเนื่องจากมีความต้านทานสูงมาก (ความต้านทานไม่สิ้นสุดทำหน้าที่เป็นวงจรเปิด) ในระหว่างการอคติย้อนกลับ

กันน์ไดโอด

กันน์ไดโอด



ไดโอดแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ตามหลักการทำงานและลักษณะเฉพาะ ซึ่งรวมถึงไดโอดทั่วไป, ไดโอด Schotty, ไดโอด Shockley, ไดโอดคงที่ในปัจจุบัน, ซีเนอร์ไดโอด , ไดโอดเปล่งแสง, โฟโตไดโอด, ไดโอดอุโมงค์, Varactor, หลอดสูญญากาศ, เลเซอร์ไดโอด, ไดโอด PIN, ไดโอด Peltier, ไดโอด Gunn และอื่น ๆ ในกรณีพิเศษบทความนี้จะกล่าวถึงการทำงานลักษณะและการใช้งานของ Gunn diode


Gunn Diode คืออะไร?

Gunn Diode ถือเป็นไดโอดชนิดหนึ่งแม้ว่าจะไม่มีจุดเชื่อมต่อไดโอด PN ทั่วไปเหมือนกับไดโอดอื่น ๆ แต่ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าสองขั้ว ไดโอดนี้เรียกอีกอย่างว่า Transferred Electronic Device ไดโอดนี้เป็นอุปกรณ์ต้านทานความแตกต่างเชิงลบซึ่งมักใช้เป็นออสซิลเลเตอร์พลังงานต่ำในการสร้าง ไมโครเวฟ . ประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์ประเภท N เท่านั้นซึ่งอิเล็กตรอนเป็นตัวพาประจุส่วนใหญ่ ในการสร้างคลื่นวิทยุสั้น ๆ เช่นไมโครเวฟจะใช้ Gunn Effect



โครงสร้างกันน์ไดโอด

โครงสร้างกันน์ไดโอด

ภาคกลางที่แสดงในรูปคือพื้นที่ที่ใช้งานอยู่ซึ่งได้รับการเจือปน GaAs ประเภท N และชั้น epitaxial อย่างเหมาะสมโดยมีความหนาประมาณ 8 ถึง 10 ไมโครเมตร พื้นที่ที่ใช้งานอยู่คั่นกลางระหว่างสองภูมิภาคที่มีรายชื่อ Ohmic มีแผงระบายความร้อนเพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไปและความล้มเหลวของไดโอดก่อนเวลาอันควรและเพื่อรักษาขีดจำกัดความร้อน

สำหรับการสร้างไดโอดเหล่านี้จะใช้วัสดุประเภท N เท่านั้นซึ่งเกิดจากผลของอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอนซึ่งใช้ได้กับวัสดุประเภท N เท่านั้นและไม่สามารถใช้ได้กับวัสดุประเภท P ความถี่สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนความหนาของชั้นที่ใช้งานในขณะที่ยาสลบ

ผล Gunn

มันถูกคิดค้นโดย John Battiscombe Gunn ในปี 1960 หลังจากการทดลองของเขากับ GaAs (Gallium Arsenide) เขาสังเกตเห็นเสียงรบกวนในผลการทดลองของเขาและเป็นผลมาจากการสร้างการสั่นของไฟฟ้าที่ความถี่ไมโครเวฟโดยสนามไฟฟ้าคงที่ที่มีขนาดมากกว่า ค่าขีด จำกัด มันถูกตั้งชื่อเป็น Gunn Effect หลังจากที่ John Battiscombe Gunn ค้นพบ


Gunn Effect สามารถกำหนดได้ว่าเป็นการสร้างพลังงานไมโครเวฟ (กำลังไฟฟ้าที่มีความถี่ไมโครเวฟประมาณสองสาม GHz) เมื่อใดก็ตามที่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เกินค่าแรงดันไฟฟ้าวิกฤตหรือค่าแรงดันเกณฑ์

Gunn Diode Oscillator

Gunn Diode Oscillator

Gunn Diode Oscillator

Gunn ไดโอดใช้ในการสร้างออสซิลเลเตอร์สำหรับสร้างไมโครเวฟที่มีความถี่ตั้งแต่ 10 GHz ถึง THz เป็นอุปกรณ์ต้านทานผลต่างเชิงลบ - เรียกอีกอย่างว่าถ่ายโอน ออสซิลเลเตอร์อุปกรณ์อิเล็กตรอน - ซึ่งเป็นวงจรที่ปรับแต่งแล้วซึ่งประกอบด้วย Gunn diode ที่มีแรงดันไฟฟ้าอคติ DC ที่ใช้กับมัน และนี่เรียกว่าการให้น้ำหนักไดโอดเป็นพื้นที่ต้านทานเชิงลบ

ด้วยเหตุนี้ความต้านทานที่แตกต่างทั้งหมดของวงจรจึงกลายเป็นศูนย์เนื่องจากความต้านทานเชิงลบของไดโอดจะยกเลิกด้วยความต้านทานเชิงบวกของวงจรซึ่งส่งผลให้เกิดการสั่น

การทำงานของ Gunn Diode

ไดโอดนี้ทำจาก สารกึ่งตัวนำชนิด N เช่น Gallium Arsenide และ InP (Indium Phosphide) GaAs และวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ มีแถบพลังงานพิเศษหนึ่งวงในโครงสร้างวงดนตรีอิเล็กทรอนิกส์แทนที่จะมีแถบพลังงานเพียงสองแถบ ได้แก่ วงวาเลนซ์และแถบการนำไฟฟ้าเหมือนกับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไป GaAs เหล่านี้และวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ ประกอบด้วยแถบพลังงานสามแถบและแถบที่สามพิเศษนี้ว่างเปล่าในระยะเริ่มต้น

หากใช้แรงดันไฟฟ้ากับอุปกรณ์นี้แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ส่วนใหญ่จะปรากฏทั่วบริเวณที่ใช้งาน อิเล็กตรอนจากแถบการนำไฟฟ้าที่มีความต้านทานไฟฟ้าเล็กน้อยจะถูกถ่ายโอนไปยังวงที่สามเนื่องจากอิเล็กตรอนเหล่านี้กระจัดกระจายไปตามแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ วงดนตรีที่สามของ GaAs มีความคล่องตัวซึ่งน้อยกว่าวงดนตรีการนำไฟฟ้า

ด้วยเหตุนี้การเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าจะเพิ่มความแรงของสนาม (สำหรับจุดแข็งของสนามที่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้มากกว่าค่าแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์) จากนั้นจำนวนอิเล็กตรอนที่ถึงสถานะที่มวลที่มีประสิทธิผลเพิ่มขึ้นโดยการลดความเร็วและ ดังนั้นกระแสจะลดลง

ดังนั้นหากความแรงของสนามเพิ่มขึ้นความเร็วดริฟต์จะลดลงสิ่งนี้จะสร้างพื้นที่ต้านทานที่เพิ่มขึ้นเป็นลบในความสัมพันธ์ V-I ดังนั้นการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มความต้านทานโดยการสร้างชิ้นที่แคโทดและไปถึงขั้วบวก แต่เพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ชิ้นใหม่จะถูกสร้างขึ้นที่แคโทด ในทำนองเดียวกันถ้าแรงดันไฟฟ้าลดลงความต้านทานจะลดลงโดยการดับชิ้นส่วนที่มีอยู่

ลักษณะของ Gunn Diode

Gunn Diode Characterstics

Gunn Diode Characterstics

ลักษณะความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันของ Gunn diode จะแสดงในกราฟด้านบนพร้อมกับขอบเขตความต้านทานเชิงลบ ลักษณะเหล่านี้คล้ายกับลักษณะของไดโอดอุโมงค์

ดังที่แสดงในกราฟด้านบนในตอนแรกกระแสจะเริ่มเพิ่มขึ้นในไดโอดนี้ แต่หลังจากถึงระดับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด (ที่ค่าแรงดันไฟฟ้าที่ระบุเรียกว่าค่าแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์) กระแสจะลดลงก่อนที่จะเพิ่มขึ้นอีก ภูมิภาคที่กระแสตกถูกเรียกว่าเป็นพื้นที่แนวต้านเชิงลบและด้วยเหตุนี้จึงสั่น ในบริเวณความต้านทานเชิงลบไดโอดนี้ทำหน้าที่เป็นทั้งออสซิลเลเตอร์และแอมพลิฟายเออร์เช่นเดียวกับในภูมิภาคนี้ไดโอดจะเปิดใช้งานเพื่อขยายสัญญาณ

แอปพลิเคชันของ Gunn Diode

แอพพลิเคชั่น Gunn Diode

แอพพลิเคชั่น Gunn Diode

  • ใช้เป็นออสซิลเลเตอร์ Gunn เพื่อสร้างความถี่ตั้งแต่ 100mW 5GHz ถึง 1W 35GHz Gunn oscillators เหล่านี้ใช้สำหรับ วิทยุสื่อสาร แหล่งเรดาร์ทางการทหารและการค้า
  • ใช้เป็นเซ็นเซอร์สำหรับตรวจจับผู้บุกรุกเพื่อหลีกเลี่ยงรถไฟตกราง
  • ใช้เป็นเครื่องกำเนิดไมโครเวฟที่มีประสิทธิภาพโดยมีช่วงความถี่สูงถึงหลายร้อย GHz
  • ใช้สำหรับเครื่องตรวจจับการสั่นสะเทือนระยะไกลและการวัดความเร็วในการหมุน เครื่องวัดความเร็วรอบ .
  • ใช้เป็นเครื่องกำเนิดกระแสไมโครเวฟ (Pulsed Gunn diode generator)
  • ใช้ในเครื่องส่งไมโครเวฟเพื่อสร้างคลื่นวิทยุไมโครเวฟที่กำลังไฟต่ำมาก
  • ใช้เป็นส่วนประกอบที่ควบคุมได้อย่างรวดเร็วในไมโครอิเล็กทรอนิกส์เช่นสำหรับการมอดูเลตของเลเซอร์ฉีดเซมิคอนดักเตอร์
  • ใช้เป็นแอพพลิเคชั่นคลื่นย่อยมิลลิเมตรโดยการคูณความถี่ Gunn oscillator กับความถี่ไดโอด
  • แอปพลิเคชั่นอื่น ๆ ได้แก่ เซ็นเซอร์เปิดประตูอุปกรณ์ควบคุมกระบวนการการทำงานของสิ่งกีดขวางการป้องกันปริมณฑลระบบความปลอดภัยสำหรับคนเดินเท้าตัวบ่งชี้ระยะเชิงเส้นเซ็นเซอร์ระดับการวัดปริมาณความชื้นและสัญญาณเตือนผู้บุกรุก

เราหวังว่าคุณจะมีความคิดเกี่ยวกับ Gunn diode, ลักษณะของ Gunn diode, Gunn Effect, Gunn diode oscillator และการทำงานกับแอพพลิเคชั่นโดยสังเขป สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับไดโอด Gunn โปรดโพสต์คำถามของคุณโดยการแสดงความคิดเห็นด้านล่าง

เครดิตภาพ: