Gunn diyotları, düşük güçlü mikrodalga sinyallerini basit ve düşük maliyetli bir şekilde üretmek için kullanılan yarı iletken cihazlardır. Bunlar 60 yılı aşkın süredir kullanılmaktadır. Gunn diyotları, birkaç gigahertz'den 100 GHz'e kadar değişen frekanslarla çalışabilir. İlk olarak 1960'ların başında IBM'den J. B. Gunn tarafından keşfedildi.
Günümüzde Gunn diyotları, mikrodalga veri hatları, düşük güçlü FM ve CW radarları, hırsız hırsız alarmları vb. dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalarda ticari olarak kullanılmaktadır. Sabit sıcaklık ve voltaj parametreleri altında, bu diyotları kullanan devreler, 15 mW güç üretebilir. 1 watt güç ve düşük gürültü ve mükemmel frekans kararlılığına sahiptir. Silah diyotları, özellikle 10 GHz'de çalışan amatör telsizlerde kullanım için meraklılar tarafından çok beğenilmektedir.
İnşaat
Gunn diyot, tek parça N tipi silikondan üretilir. Bu, Şekil 1'de görüldüğü gibi üç ana bölüme ayrılmıştır.
Cihazın üst ve alt bölgeleri, dış parametrelerle arayüz oluşturmak için güçlü iletkenlik sağlayan, kapsamlı bir şekilde katkılanmış N+ malzeme içerir.
Cihazın kurulu olduğu iletken tabana bir tel bağlantısı takılır. Cihazın tabanı ayrıca fazla ısıyı emmek için bir soğutucu görevi görür.
Diyotun karşı terminaline bağlanan üst yüzeye altın bir bağlantı yerleştirilmiştir. İstisnai iletkenlik ve göreceli stabilite sağlamak için altın gerekli hale gelir.
Cihazın aktif bölgesi, daha az katkılı ve daha düşük iletkenliğe sahip olan ortada yer alır. Bu genellikle santimetre küp başına yaklaşık 0,5 ohm'dur; bu, cihaza uygulanan voltajın neredeyse tamamının diyotun bu katmanından geçtiğini gösterir.
Diyotun aktif tabakasının ortalama kalınlığı on mikrondur (0,001 cm). Kalınlığı açıkça bir diyottan diğerine farklılık gösterecektir çünkü bu öncelikle diyotun genel çalışmasını etkiler. Bu, bu cihazın çalışma frekansının veri sayfasının kritik bir unsuru olduğu anlamına gelir.
Gunn diyotu, tamamen N-tipi malzemeden yapıldığı ve bir P-N bağlantısına sahip olmadığı için benzersiz bir tasarıma sahiptir. Özünde, geleneksel bir diyot türü değildir, tamamen farklı ilkeler üzerinde çalışır.
Gunn Diyot Nasıl Çalışır?
Bir Gunn diyotunun çalışması karmaşık görünse de, onu temel düzeyde anlamak mümkün olabilir.
Cihazın aktif merkez bölgesi, uygulanan bir voltajın yarattığı potansiyelin çoğuna maruz kalır. Bu bölge son derece incedir ve küçük bir voltaj kayması bile, belirli bir mesafe boyunca önemli bir potansiyel gradyan veya voltaj dalgalanması gösterir.
Şekil 2'de gösterildiği gibi, uygulanan voltaj belirli bir seviyeye ulaştığında aktif bölgeden bir akım darbesi akmaya başlar.
Sonuç olarak, aktif bölgenin geri kalan potansiyel gradyanı azalır ve bu da ek akım darbelerinin oluşumunu durdurur. Sadece akım darbesi aktif bölgenin karşı ucuna geçtikten sonra yüksek potansiyel gradyan geri döner ve başka bir akım darbesinin üretilmesine izin verir.
Gerilim ve akım eğrisi çizilirse, kendine özgü akım darbe aktivitesini farklı bir açıdan görmek mümkündür.
Doğrultucu Diyot ve Gunn Diyot Arasındaki Fark
- Geleneksel bir doğrultucu diyotun ve bir Gunn diyodunun eğrileri, yukarıdaki Şekil 3'teki şemada gösterilmektedir.
- Geleneksel bir doğrultucu diyotun akımı voltajla artar, ancak bu ilişki her zaman doğrusal değildir.
- Öte yandan, Gunn diyotunun akımı yükselmeye başlar ve belirli bir voltaja ulaştıktan sonra tekrar yükselmeden önce düşmeye başlar.
- Salınım özellikleri, 'negatif direnç' bölgesi olarak adlandırılan, düştüğü bu bölgeden kaynaklanır.
Frekansı Ayarlama
Aktif bölgenin kalınlığı genel çalışma frekansını belirlemesine rağmen, frekansı belirli bir aralıkta değiştirmek hala mümkündür. Gunn diyotu bir mikrodalga cihazı olduğundan, ayarlı bir devre oluşturmak için tipik olarak bir dalga kılavuzu boşluğuna kurulur. Çalışma frekansı, tüm montajın rezonans frekansı ile belirlenir.
Ayar işlemi çeşitli yöntemlerle gerçekleştirilebilir. Dalga kılavuzu boşluğuna ayarlanabilir bir vida yerleştirerek, temel bir ayar göstergesi sağlayan mekanik değişiklikler yapılabilir.
Bununla birlikte, genellikle elektrik ayarı da gereklidir ve iki farklı yöntemden biri kullanılabilir. İlk yöntem, bir varaktör diyotun Gunn osilatör devresine bağlanmasını içerir.
Varaktör diyotundaki voltaj değiştiğinde, kapasitans değişir ve tüm devrenin rezonans ettiği frekansın değişmesine neden olur.
Bu yaklaşım ucuz ve kullanımı basit olmasına rağmen, birçok dezavantajı vardır. İlk olarak, sınırlı bir çalışma aralığına sahiptir. İkinci olarak, bu teknik birçok uygulama için uygun olmayabilecek çok fazla faz gürültüsü üretir.
Etkili Frekans Ayarı için YIG Kullanımı
YIG materyali kullanmak daha etkili bir akort tekniği gibi görünmektedir. Bu, ferromanyetik bir madde olan Yttrium Iron Garnet'i içerir.
Gunn diyot ve YIG boşluğa yerleştirildiğinde, boşluğun etkin boyutu azalır. Bunu yapmak için dalga kılavuzunun dışına bir bobin yerleştirilmiştir.
Bobinden bir akım geçtiğinde, YIG'nin manyetik hacmini genişletme ve boşluğun elektriksel boyutunu daraltma etkisine sahiptir. Sonuç olarak, çalışma sıklığı artar. YIG ayarı ile faz gürültüsü önemli ölçüde azaltılır ve geniş bir frekans aralığı elde edilebilir.
Gunnplexer'ı Amatör Telsiz İçin Kullanma
Gunn diyot osilatörü, amatör radyo kullanımı için Advanced Receiver Research tarafından sunulan ticari bir alıcı-vericinin bir bileşenidir. 'Gunnplexer' olarak adlandırılan cihaz, 10 GHz'den amatör banda 2 metre (144 MHz) veya diğer düşük ara frekanslarda (IF'ler) nominal amatör sinyalleri üretmek ve aşağı dönüştürmek için kullanılır.
Gunnplexer, 10 GHz'lik bir boşluğun içine yerleştirilmiş Schottky karıştırıcı diyotlarla birlikte yüksek kazançlı dikdörtgen horn antene bağlı bir Gunn diyotundan oluşur.
Varaktör ayarı kullanılarak normal rezonans frekansından 60 MHz'e kadar frekans değişimleri elde edilebilir. Gunn diyotu, aşağı dönüştürülmüş 2 metrelik IF için hem verici hem de yerel osilatör olarak çalışır.
