Диод - это двухконтактный полупроводник. электронный компонент обладающий нелинейными вольт-амперными характеристиками. Он пропускает ток в одном направлении, при котором его сопротивление очень низкое (почти нулевое сопротивление) во время прямого смещения. Точно так же в другом направлении он не позволяет протекать току - поскольку он предлагает очень высокое сопротивление (бесконечное сопротивление действует как разомкнутая цепь) во время обратного смещения.

Диод Ганна

В диоды подразделяются на разные типы исходя из их принципов работы и характеристик. К ним относятся стандартный диод, диод Шотти, диод Шокли, диод постоянного тока, Стабилитрон , Светоизлучающий диод, фотодиод, туннельный диод, варактор, вакуумная трубка, лазерный диод, PIN-диод, диод Пельтье, диод Ганна и так далее. В особом случае в этой статье рассказывается о работе, характеристиках и применении диода Ганна.

Что такое диод Ганна?

Диод Ганна считается разновидностью диода, хотя он не содержит типичного PN-диодного перехода, как другие диоды, но состоит из двух электродов. Этот диод также называют передаточным электронным устройством. Этот диод представляет собой устройство с отрицательным дифференциальным сопротивлением, которое часто используется в качестве маломощного генератора для генерации микроволны . Он состоит только из полупроводника N-типа, в котором электроны являются основными носителями заряда. Чтобы генерировать короткие радиоволны, такие как микроволны, он использует эффект Ганна.

Структура диода Ганна

Центральная область, показанная на рисунке, представляет собой активную область, которая состоит из должным образом легированного GaAs N-типа и эпитаксиального слоя толщиной от 8 до 10 микрометров. Активная область зажата между двумя областями, имеющими омические контакты. Предусмотрен радиатор, чтобы избежать перегрева и преждевременного выхода диода из строя, а также для поддержания температурных ограничений.

“части пульта дистанционного управления ”

Для изготовления этих диодов используется только материал N-типа, что связано с эффектом перенесенных электронов, применимым только к материалам N-типа и не применимым к материалам P-типа. Частоту можно изменять, варьируя толщину активного слоя при легировании.

Эффект Ганна

Он был изобретен Джоном Баттискомбом Ганном в 1960-х годах после его экспериментов с GaAs (арсенид галлия), он обнаружил шум в результатах своих экспериментов и обязан его генерации электрических колебаний на микроволновых частотах постоянным электрическим полем с величиной больше пороговое значение. Он был назван эффектом Ганна после того, как его открыл Джон Баттискомб Ганн.

Эффект Ганна можно определить как генерацию микроволновой энергии (мощности с микроволновыми частотами около нескольких ГГц) всякий раз, когда напряжение, приложенное к полупроводниковому устройству, превышает критическое значение напряжения или пороговое значение напряжения.

Диодный генератор Ганна

Диоды Ганна используются для создания генераторов микроволн с частотами от 10 ГГц до ТГц. Это устройство с отрицательным дифференциальным сопротивлением, также называемое переданным. генератор электронного устройства - который представляет собой настроенную схему, состоящую из диода Ганна с приложенным к нему напряжением смещения постоянного тока. И это называется смещением диода в область отрицательного сопротивления.

Из-за этого общее дифференциальное сопротивление цепи становится равным нулю, поскольку отрицательное сопротивление диода компенсируется положительным сопротивлением цепи, что приводит к генерации колебаний.

“Адаптер модифицированной синусоидальной волны на чистую синусоидальную волну ”

Работа Ганна Диода

Этот диод изготовлен из цельного куска Полупроводник N-типа такие как арсенид галлия и InP (фосфид индия). GaAs и некоторые другие полупроводниковые материалы имеют одну дополнительную энергетическую зону в своей электронной зонной структуре вместо двух энергетических зон, а именно. валентная зона и зона проводимости, как у обычных полупроводниковых материалов. Эти GaAs и некоторые другие полупроводниковые материалы состоят из трех энергетических зон, и эта дополнительная третья зона пуста на начальной стадии.

Если на это устройство подается напряжение, большая часть приложенного напряжения появляется в активной области. Электроны из зоны проводимости с незначительным удельным сопротивлением переходят в третью зону, потому что эти электроны рассеиваются под действием приложенного напряжения. Третья зона GaAs имеет меньшую подвижность, чем зона проводимости.

Из-за этого увеличение прямого напряжения увеличивает напряженность поля (для значений напряженности поля, где приложенное напряжение больше порогового значения напряжения), затем количество электронов, достигающих состояния, при котором эффективная масса увеличивается за счет уменьшения их скорости, и таким образом, ток уменьшится.

Таким образом, если напряженность поля увеличивается, то скорость дрейфа будет уменьшаться, что создает область отрицательного инкрементного сопротивления в соотношении V-I. Таким образом, увеличение напряжения приведет к увеличению сопротивления за счет образования среза на катоде, который достигнет анода. Но для поддержания постоянного напряжения на катоде создается новый слой. Точно так же, если напряжение уменьшается, тогда сопротивление будет уменьшаться за счет гашения любого существующего слоя.

Характеристики диода Ганна

Характеристики диодов Ганна

Вольт-амперные характеристики диода Ганна показаны на приведенном выше графике с областью отрицательного сопротивления. Эти характеристики аналогичны характеристикам туннельного диода.

“автоматическая система открывания и закрывания дверей ”

Как показано на приведенном выше графике, сначала ток в этом диоде начинает увеличиваться, но после достижения определенного уровня напряжения (при заданном значении напряжения, называемом пороговым значением напряжения) ток уменьшается, прежде чем снова увеличиваться. Область, в которой падает ток, называется областью отрицательного сопротивления, и из-за этого она колеблется. В этой области отрицательного сопротивления этот диод действует как генератор и усилитель, так как в этой области диод может усиливать сигналы.

Приложения Gunn Diode

Применение диодов Ганна

Используется в качестве генераторов Ганна для генерации выходных частот от 100 мВт 5 ГГц до 1 Вт 35 ГГц. Эти генераторы Ганна используются для радиосвязь , военные и коммерческие радиолокационные источники.
Используется в качестве датчиков для обнаружения нарушителей, чтобы избежать схода поездов с рельсов.
Используются в качестве эффективных СВЧ-генераторов с диапазоном частот до сотен ГГц.
Используется для удаленных датчиков вибрации и измерения скорости вращения тахометры .
Используется как генератор СВЧ тока (генератор на импульсных диодах Ганна).
Используется в микроволновых передатчиках для генерации микроволновых радиоволн очень низкой мощности.
Используется в качестве компонентов быстрого управления в микроэлектронике, например, для модуляции инжекционных полупроводниковых лазеров.
Используется в приложениях субмиллиметрового диапазона за счет умножения частоты генератора Ганна на частоту диода.
Некоторые другие приложения включают датчики открытия дверей, устройства управления технологическим процессом, работу барьеров, защиту периметра, системы безопасности пешеходов, линейные индикаторы расстояния, датчики уровня, измерение содержания влаги и охранную сигнализацию.

Мы надеемся, что вы вкратце получили представление о диоде Ганна, характеристиках диода Ганна, эффекте Ганна, генераторе на диоде Ганна и его работе с приложениями. Для получения дополнительной информации о диодах Ганна, пожалуйста, оставьте свои вопросы, оставив комментарий ниже.

Фото: