Гунн диоде су полупроводнички уређаји који се користе за генерисање микроталасних сигнала мале снаге на једноставан и јефтин начин. Они су у употреби више од 60 година. Гунове диоде могу да раде са фреквенцијама у распону од неколико гигахерца до преко 100 ГХз. Први га је открио Ј. Б. Гунн из ИБМ-а раних 1960-их.
Данас се Гунн диоде комерцијално користе у широком спектру апликација, укључујући микроталасне линије за пренос података, ФМ и ЦВ радаре мале снаге, аларме против провале, итд. Под стабилним параметрима температуре и напона, кола која користе ове диоде могу генерисати 15 мВ до 1 ват снаге и имају ниску буку и одличну стабилност фреквенције. Диоде за пиштоље нарочито воле ентузијасти за употребу у аматерским радијима који раде на 10 ГХз.
Конструкција
Гунн диода је произведена од једног комада силицијума Н-типа. Ово је подељено на три основна дела, као што се види на слици 1.
Горњи и доњи регион уређаја укључује Н+ материјал који је у великој мери допиран, што резултира јаком проводљивошћу за повезивање са спољним параметрима.
Жичана веза је причвршћена за проводну базу на којој је уређај инсталиран. База уређаја такође служи као хладњак за апсорбовање вишка топлоте.
Златна карика је постављена на горњу површину која се повезује са супротним терминалом диоде. Да би се осигурала изузетна проводљивост и релативна стабилност, злато постаје неопходно.
Активно подручје уређаја налази се у средини, које је мање допирано и има нижу проводљивост. Ово је генерално око 0,5 ома по кубном центиметру, што указује да скоро сав напон примењен на уређај пролази кроз овај слој диоде.
Просечна дебљина активног слоја диоде је десет микрона (0,001 цм). Његова дебљина би се очигледно разликовала од једне диоде до друге јер то првенствено утиче на укупан рад диоде. Ово имплицира да је радна фреквенција овог уређаја критични елемент његовог листа са подацима.
Гунн диода има јединствен дизајн јер је у потпуности направљена од материјала типа Н и нема П-Н спој. У суштини, то није конвенционални тип диоде, већ функционише на потпуно другачијим принципима.
Како функционише Гунова диода
Иако рад Гунн диоде може изгледати сложено, можда га је могуће разумети на фундаменталном нивоу.
Активни центар уређаја је подвргнут већини потенцијала створеног примењеним напоном. Овај регион је изузетно танак, па чак и мали помак напона показује значајан потенцијални градијент или флуктуацију напона на одређеној удаљености.
Као што је илустровано на слици 2, струјни импулс почиње да тече кроз активну зону када примењени напон на њој достигне одређени ниво.
Као резултат тога, градијент потенцијала остатка активног региона се смањује, што зауставља генерисање додатних струјних импулса. Тек након што струјни импулс пређе на супротни крај активне зоне, градијент високог потенцијала се враћа, омогућавајући генерисање другог струјног импулса.
Ако се крива напона и струје нацрта, могуће је видети специфичну пулсну активност струје из другог угла.
Разлика између исправљачке диоде и Гунн диоде
- Криве конвенционалне исправљачке диоде и Гунове диоде су приказане на дијаграму на слици 3 изнад.
- Струја конвенционалне исправљачке диоде расте са напоном, међутим овај однос није увек линеаран.
- С друге стране, струја Гунове диоде почиње да расте и, након достизања одређеног напона, почиње да опада пре него што се поново повећа.
- Његове осцилационе особине су узроковане овим регионом где се спушта, што се назива регионом „негативног отпора“.
Подешавање фреквенције
Иако дебљина активног региона одређује општу радну фреквенцију, још увек је могуће променити фреквенцију у одређеном опсегу. Пошто је Гунова диода микроталасни уређај, обично се инсталира у шупљину таласовода да генерише подешено коло. Његова фреквенција рада одређена је резонантном фреквенцијом читавог склопа.
Процес подешавања се може постићи на различите методе. Уметањем подесивог завртња у шупљину таласовода, могу се извршити механичке промене, омогућавајући основни индикатор подешавања.
Ипак, обично је неопходно и електрично подешавање, а може се користити једна од две различите методе. Први метод укључује спајање варакторске диоде у Гуново коло осцилатора.
Када се промени напон на варакторској диоди, капацитивност се мења, што доводи до промене фреквенције на којој резонује цело коло.
Иако је овај приступ јефтин и једноставан за употребу, он има много недостатака. Прво, има ограничен радни опсег. Друго, ова техника производи много фазног шума, што можда није прикладно за многе апликације.
Коришћење ИИГ за ефективно подешавање фреквенције
Чини се да је коришћење ИИГ материјала ефикаснија техника подешавања. Ово укључује итријум гвоздени гранат, феромагнетну супстанцу.
Када се Гун диода и ИИГ уметну у шупљину, ефективна величина шупљине се смањује. Завојница је постављена изван таласовода да би се то урадило.
Када струја тече кроз завојницу, она има ефекат ширења магнетне запремине ИИГ-а и сужавања електричне димензије шупљине. Као резултат, учесталост рада расте. Фазни шум је значајно смањен са ИИГ подешавањем и могао би се постићи велики фреквентни опсег.
Коришћење Гуннплекер-а за радио-аматере
Гун диодни осцилатор је компонента комерцијалног примопредајника који нуди Адванцед Рецеивер Ресеарцх за употребу радио-аматера. Уређај, који се назива 'Гуннплекер', користи се за производњу и смањење номиналних аматерских сигнала са 10 ГХз у аматерски опсег на 2 метра (144 МХз) или другим нижим међуфреквенцијама (ИФ).
Гуннплекер се састоји од Гунн диоде причвршћене на правоугаону рог антену високог појачања заједно са Шоткијевим миксер диодама које су затворене унутар шупљине од 10 ГХз.
Варијације фреквенције до 60 МХз од нормалне резонантне фреквенције могу се постићи коришћењем варакторског подешавања. Гунова диода ради и као предајник и као локални осцилатор за конвертовани ИФ од 2 метра.
