ไดโอด Gunn เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ในการสร้างสัญญาณไมโครเวฟพลังงานต่ำในลักษณะที่เรียบง่ายและต้นทุนต่ำ สิ่งเหล่านี้มีการใช้งานมานานกว่า 60 ปีแล้ว ไดโอด Gunn สามารถทำงานกับความถี่ได้ตั้งแต่ไม่กี่กิกะเฮิรตซ์ไปจนถึงมากกว่า 100 GHz มันถูกค้นพบครั้งแรกโดย J.B. Gunn แห่ง IBM ในช่วงต้นทศวรรษ 1960

ทุกวันนี้ ไดโอด Gunn ถูกนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ในหลากหลายรูปแบบ รวมถึงสายข้อมูลไมโครเวฟ เรดาร์ FM และ CW ที่ใช้พลังงานต่ำ สัญญาณกันขโมยผู้บุกรุก ฯลฯ ภายใต้พารามิเตอร์อุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้าที่เสถียร วงจรที่ใช้ไดโอดเหล่านี้สามารถสร้างกระแสไฟ 15 mW ถึง กำลังไฟฟ้า 1 วัตต์ และมีสัญญาณรบกวนต่ำและความเสถียรของความถี่ที่ดีเยี่ยม ไดโอดของปืนเป็นที่ชื่นชอบโดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยผู้ที่ชื่นชอบสำหรับใช้ในวิทยุสมัครเล่นที่ทำงานที่ 10 GHz

การก่อสร้าง

ไดโอด Gunn ผลิตจากซิลิกอนชนิด N ชิ้นเดียว นี้แบ่งออกเป็นสามส่วนหลักดังแสดงในรูปที่ 1

บริเวณด้านบนและด้านล่างของอุปกรณ์ประกอบด้วยวัสดุ N+ ซึ่งผ่านการเจือปนอย่างกว้างขวาง ส่งผลให้มีการนำไฟฟ้าที่แข็งแกร่งสำหรับการเชื่อมต่อกับพารามิเตอร์ภายนอก

มีการต่อสายไฟเข้ากับฐานนำไฟฟ้าที่ติดตั้งอุปกรณ์ไว้ ฐานของอุปกรณ์ยังทำหน้าที่เป็นตัวระบายความร้อนเพื่อดูดซับความร้อนส่วนเกิน

ลิงค์สีทองวางอยู่บนพื้นผิวด้านบนซึ่งเชื่อมต่อกับขั้วตรงข้ามของไดโอด เพื่อให้แน่ใจว่ามีการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและความเสถียรสัมพัทธ์ ทองคำจึงเป็นสิ่งจำเป็น

พื้นที่ใช้งานของอุปกรณ์อยู่ตรงกลางซึ่งมีสารเจือปนน้อยกว่าและมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่า โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 0.5 โอห์มต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งบ่งชี้ว่าแรงดันไฟฟ้าเกือบทั้งหมดที่ใช้กับอุปกรณ์จะไหลผ่านชั้นของไดโอดนี้

“mov ทำงานอย่างไร ”

ความหนาเฉลี่ยของชั้นแอกทีฟของไดโอดคือสิบไมครอน (0.001 ซม.) ความหนาของมันจะแตกต่างจากไดโอดตัวหนึ่งไปอีกตัวหนึ่งอย่างเห็นได้ชัดเนื่องจากสิ่งนี้ส่งผลกระทบต่อการทำงานโดยรวมของไดโอดเป็นหลัก ซึ่งหมายความว่าความถี่ในการทำงานของอุปกรณ์นี้เป็นองค์ประกอบสำคัญของเอกสารข้อมูล

ไดโอด Gunn มีการออกแบบที่ไม่เหมือนใครเนื่องจากทำจากวัสดุประเภท N ทั้งหมด และไม่มีจุดต่อ P-N โดยพื้นฐานแล้ว ไดโอดนี้ไม่ใช่ไดโอดแบบธรรมดา แต่ทำงานบนหลักการที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

ไดโอดกันน์ทำงานอย่างไร

แม้ว่าการทำงานของ Gunn diode อาจดูซับซ้อน แต่ก็อาจเข้าใจได้ในระดับพื้นฐาน

พื้นที่ศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ของอุปกรณ์จะขึ้นอยู่กับศักยภาพส่วนใหญ่ที่สร้างขึ้นโดยแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ บริเวณนี้มีความบางมาก และแม้แต่การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยก็แสดงให้เห็นถึงการไล่ระดับสีหรือความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าที่อาจเกิดขึ้นได้อย่างมีนัยสำคัญในระยะทางที่กำหนด

ดังที่แสดงในรูปที่ 2 พัลส์ปัจจุบันเริ่มไหลผ่านโซนแอคทีฟเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ผ่านถึงระดับที่กำหนด

เป็นผลให้ส่วนที่เหลือของการไล่ระดับสีที่อาจเกิดขึ้นของพื้นที่ที่ใช้งานอยู่ลดลงซึ่งจะหยุดการสร้างพัลส์ปัจจุบันเพิ่มเติม หลังจากที่พัลส์ปัจจุบันข้ามไปยังปลายอีกด้านของโซนแอ็คทีฟแล้วเท่านั้น เกรเดียนต์กลับมีศักยภาพสูง ทำให้เกิดพัลส์กระแสอื่นได้

ถ้ากราฟแรงดันและกระแสถูกวาดออกมา เป็นไปได้ที่จะเห็นกิจกรรมพัลส์กระแสเฉพาะจากมุมที่ต่างกัน

ความแตกต่างระหว่าง Rectifier Diode และ Gunn Diode

เส้นโค้งของไดโอดเรียงกระแสแบบธรรมดาและไดโอดกันน์แสดงไว้ในแผนภาพในรูปที่ 3 ด้านบน
กระแสของไดโอดเรียงกระแสแบบธรรมดาจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ความสัมพันธ์นี้ไม่ได้เป็นเชิงเส้นเสมอไป
ในทางกลับกัน กระแสของไดโอด Gunn จะเริ่มสูงขึ้น และหลังจากถึงแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด ก็เริ่มลดลงก่อนที่จะเพิ่มขึ้นอีกครั้ง
คุณสมบัติการสั่นของมันเกิดจากบริเวณที่มันตก ซึ่งเรียกว่าบริเวณ 'แนวต้านเชิงลบ'

การตั้งค่าความถี่

แม้ว่าความหนาของพื้นที่ใช้งานจะเป็นตัวกำหนดความถี่ในการทำงานทั่วไป แต่ก็ยังมีความเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนความถี่ในช่วงเฉพาะ เนื่องจาก Gunn diode เป็นอุปกรณ์ไมโครเวฟ โดยปกติแล้วจะติดตั้งในช่อง wave-guide เพื่อสร้างวงจรที่ปรับจูน ความถี่ของการทำงานนั้นพิจารณาจากความถี่เรโซแนนซ์ของชุดประกอบทั้งหมด

กระบวนการปรับแต่งสามารถทำได้หลายวิธี ด้วยการใส่สกรูแบบปรับได้เข้าไปในช่องท่อนำคลื่น การเปลี่ยนแปลงทางกลไกสามารถทำได้ ทำให้เป็นตัวบ่งชี้การปรับพื้นฐานได้

อย่างไรก็ตาม การปรับจูนทางไฟฟ้าก็มักจะมีความจำเป็นเช่นกัน และอาจใช้วิธีใดวิธีหนึ่งจากสองวิธีที่แตกต่างกัน วิธีแรกเกี่ยวข้องกับการต่อไดโอดวาแรคเตอร์เข้ากับวงจรออสซิลเลเตอร์ของ Gunn

เมื่อแรงดันไฟบนไดโอดวาแรคเตอร์เปลี่ยนแปลง ความจุจะเปลี่ยนไป ทำให้ความถี่ที่วงจรทั้งหมดสะท้อนเปลี่ยนไป

แม้ว่าวิธีนี้จะมีราคาไม่แพงและใช้งานง่าย แต่ก็มีข้อเสียอยู่หลายประการ ประการแรก มันมีช่วงการทำงานที่จำกัด ประการที่สอง เทคนิคนี้สร้างสัญญาณรบกวนเฟสจำนวนมาก ซึ่งอาจไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งานจำนวนมาก

การใช้ YIG เพื่อการปรับความถี่อย่างมีประสิทธิภาพ

การใช้วัสดุ YIG ดูเหมือนจะเป็นเทคนิคการจูนที่มีประสิทธิภาพมากกว่า ซึ่งรวมอิตเทรียมเหล็กโกเมนซึ่งเป็นสารเฟอร์โรแมกเนติก

เมื่อใส่ไดโอด Gunn และ YIG เข้าไปในโพรง ขนาดที่มีประสิทธิภาพของโพรงจะลดลง คอยล์อยู่นอกท่อนำคลื่นเพื่อทำสิ่งนี้

เมื่อกระแสไหลผ่านขดลวด จะมีผลในการขยายปริมาตรแม่เหล็กของ YIG และทำให้มิติทางไฟฟ้าของโพรงหดตัว ส่งผลให้ความถี่ของการดำเนินการเพิ่มขึ้น สัญญาณรบกวนของเฟสจะลดลงอย่างมากด้วยการปรับจูน YIG และสามารถใช้ช่วงความถี่ที่กว้างได้

ใช้ Gunnplexer สำหรับวิทยุสมัครเล่น

Gunn diode oscillator เป็นส่วนประกอบของตัวรับส่งสัญญาณเชิงพาณิชย์ที่นำเสนอโดย Advanced Receiver Research สำหรับการใช้งานวิทยุสมัครเล่น อุปกรณ์นี้เรียกว่า 'กันน์เพล็กเซอร์' ใช้เพื่อผลิตและแปลงสัญญาณมือสมัครเล่นเล็กน้อยจาก 10 GHz เป็นย่านความถี่มือสมัครเล่นที่ระยะ 2 เมตร (144 MHz) หรือความถี่กลางอื่นๆ ที่ต่ำกว่า (IFs)

Gunnplexer ประกอบด้วยไดโอด Gunn ที่ติดอยู่กับเสาอากาศแบบฮอร์นทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้ากำลังขยายสูง พร้อมด้วยไดโอดแบบผสม Schottky ที่อยู่ภายในช่อง 10 GHz

การเปลี่ยนแปลงความถี่สูงถึง 60 MHz จากความถี่เรโซแนนซ์ปกติสามารถทำได้โดยใช้การปรับจูนด้วยวาแรคเตอร์ ไดโอด Gunn ทำหน้าที่เป็นทั้งตัวส่งสัญญาณและออสซิลเลเตอร์ในพื้นที่สำหรับ IF ระยะ 2 เมตรที่แปลงลง