דיודה היא מוליך למחצה דו-טרמינלי רכיב אלקטרוני המציג מאפייני מתח זרם לא ליניארי. הוא מאפשר זרם בכיוון אחד בו התנגדותו נמוכה מאוד (התנגדות כמעט אפסית) במהלך הטיה קדימה. באופן דומה, בכיוון השני, זה לא מאפשר זרימת זרם - מכיוון שהוא מציע התנגדות גבוהה מאוד (התנגדות אינסופית פועלת כמעגל פתוח) במהלך הטיה הפוכה.

גאן דיודה

ה דיודות מסווגות לסוגים שונים בהתבסס על עקרונות ומאפייני העבודה שלהם. אלה כוללים דיודות גנריות, דיודות שוטי, דיודות שוקלי, דיודות זרם קבוע, דיודת זנר , דיודה פולטת אור, פוטודיודה, דיודת מנהרה, ורקטור, צינור ואקום, דיודת לייזר, דיודת PIN, דיודת פלטייה, דיודת גון, וכן הלאה. במקרה מיוחד, מאמר זה דן אודות עבודתו, מאפייניו ויישומיו של דיודת גון.

מהי דיון גאן?

דיודת גאן נחשבת לסוג דיודה למרות שהיא אינה מכילה שום צומת דיודות PN אופייניות כמו שאר הדיודות, אך היא מורכבת משתי אלקטרודות. דיודה זו מכונה גם מכשיר אלקטרוני מועבר. דיודה זו היא התקן התנגדות דיפרנציאלי שלילי, המשמש לעיתים קרובות כמתנד בעל הספק נמוך מיקרוגל . הוא מורכב ממוליכים למחצה מסוג N בלבד בהם האלקטרונים הם נושאי המטען הרוביים. כדי ליצור גלי רדיו קצרים כגון מיקרוגל, הוא משתמש באפקט גאן.

מבנה דיון גון

האזור המרכזי המוצג באיור הוא אזור פעיל, אשר מסומם כראוי GaAs מסוג N ושכבת אפיטקסיאלית בעובי של סביב 8 עד 10 מיקרומטר. האזור הפעיל משולב בין שני האזורים שיש להם מגעים אוחמיים. יש גוף קירור כדי למנוע התחממות יתר וכשל מוקדם של הדיודה ולשמירה על גבולות תרמיים.

“מחשבון פישוט אלגברה בוליאני ללא תשלום ”

לבניית דיודות אלה נעשה שימוש בחומר מסוג N בלבד, אשר נובע מאפקט האלקטרונים המועבר החלים רק על חומרים מסוג N ואינו חל על החומרים מסוג P. ניתן לשנות את התדירות על ידי שינוי עובי השכבה הפעילה בזמן סימום.

אפקט גאן

הוא הומצא על ידי ג'ון באטיסקומב גאן בשנות השישים לאחר הניסויים שלו ב- GaAs (גליום ארסניד), הוא הבחין ברעש בתוצאות הניסויים שלו והיה חייב לדור של תנודות חשמליות בתדרי מיקרוגל על ידי שדה חשמלי יציב בעוצמה הגדולה מ ערך הסף. זה נקרא בשם אפקט גאן לאחר שהתגלה על ידי ג'ון באטיסקומב גאן.

ניתן להגדיר את אפקט גאן כהפקת חשמל במיקרוגל (הספק בתדרי מיקרוגל בסביבות כמה GHz) בכל פעם שהמתח המופעל על מכשיר מוליך למחצה עולה על ערך המתח הקריטי או על ערך מתח הסף.

מתנד דיון גון

דיודות Gunn משמשות לבניית מתנדים ליצירת מיקרוגל בתדרים הנעים בין 10 ג'יגה הרץ ל- THz. זהו מכשיר התנגדות דיפרנציאלי שלילי - נקרא גם כמועבר מתנד מכשיר אלקטרונים - שהוא מעגל מכוון המורכב מדיודת גון עם מתח הטיה DC המופעל עליה. וזה נקרא כהטיית הדיודה לאזור התנגדות שלילי.

בשל כך, ההתנגדות הדיפרנציאלית הכוללת של המעגל הופכת לאפסית כאשר ההתנגדות השלילית של הדיודה מתבטלת עם ההתנגדות החיובית של המעגל וכתוצאה מכך נוצרת תנודות.

“כיצד לחבר ממסר במעגל ”

העבודה של גון דיודה

דיודה זו עשויה מחתיכה אחת של מוליכים למחצה מסוג N כמו גליום ארסניד ו- InP (אינדיום פוספיד). ל- GaAs ולחומרים אחרים של מוליכים למחצה יש רצועת אנרגיה נוספת אחת במבנה הלהקה האלקטרונית שלהם במקום שיהיו רק שתי רצועות אנרגיה, כלומר. רצועת ערכיות ורצועת הולכה כמו חומרים מוליכים למחצה רגילים. GaAs וכמה חומרים אחרים של מוליכים למחצה מורכבים משלוש רצועות אנרגיה, והלהקה השלישית הנוספת הזו ריקה בשלב הראשוני.

אם מפעילים מתח על התקן זה, אזי רוב המתח המופעל מופיע באזור הפעיל. האלקטרונים מפס ההולכה בעלי ההתנגדות החשמלית הזניחה מועברים ללהקה השלישית מכיוון שאלקטרונים אלה מפוזרים על ידי המתח המופעל. הלהקה השלישית של GaAs כוללת ניידות שהיא פחותה מלהקת ההולכה.

מסיבה זו, עלייה במתח קדימה מגדילה את עוצמת השדה (בעוצמות שדה בהן המתח המופעל גדול מערך מתח הסף), ואז מספר האלקטרונים שמגיעים למצב בו המסה האפקטיבית עולה על ידי הפחתת מהירותם, ו לפיכך, הזרם יקטן.

לפיכך, אם עוצמת השדה תוגדל, אז מהירות הסחיפה תפחת וכך נוצר אזור התנגדות מצטבר שלילי ביחסי V-I. לפיכך, עלייה במתח תגדיל את ההתנגדות על ידי יצירת פרוסה בקתודה ותגיע לאנודה. אבל, כדי לשמור על מתח קבוע, נוצרת פרוסה חדשה בקתודה. באופן דומה, אם המתח יפחת, ההתנגדות תפחת על ידי כיבוי כל פרוסה קיימת.

מאפייני גון דיודה

Gunn Diode Characterstics

“כיצד לבנות מעגל ”

מאפייני יחסי המתח הנוכחיים של דיודת גון מוצגים בגרף שלעיל עם אזור ההתנגדות השלילי שלה. מאפיינים אלה דומים למאפיינים של דיודת המנהרה.

כפי שמוצג בתרשים לעיל, בתחילה הזרם מתחיל לעלות בדיודה זו, אך לאחר שהגיע לרמת מתח מסוימת (בערך מתח מוגדר הנקרא כערך מתח סף), הזרם יורד לפני שהוא עולה שוב. האזור בו הזרם נופל מכונה אזור התנגדות שלילי, ובשל כך הוא מתנודד. באזור התנגדות שלילי זה, דיודה זו פועלת גם כמתנד וגם כמגבר, שכן באזור זה, מאפשרת לדיודה להגביר את האותות.

היישומים של גון דיודה

יישומי דיון גאן

משמש כמתנדים של Gunn ליצירת תדרים הנעים בין יציאות 100mW 5GHz ועד 1W 35GHz. מתנדים אלה משמשים תקשורת רדיו , מקורות מכ'ם צבאיים ומסחריים.
משמש כחיישנים לאיתור מסיגי גבול, כדי להימנע מפסילת הרכבות.
משמש כמחוללי מיקרוגל יעילים עם טווח תדרים של עד מאות GHz.
משמש לגלאי רטט מרוחקים ומדידת מהירות סיבוב טכומטרים .
משמש כמחולל זרם מיקרוגל (מחולל דיודות גאן פעמו).
משמש במעברי מיקרוגל לייצור גלי רדיו במיקרוגל בהספקים נמוכים מאוד.
משמש כרכיבי שליטה מהירים במיקרו-אלקטרוניקה כגון לאפנון לייזרים להזרקת מוליכים למחצה.
משמש כיישומי גל תת מילימטר על ידי הכפלת תדר המתנד של גאן עם תדר דיודה.
כמה יישומים אחרים כוללים חיישני פתיחת דלתות, התקני בקרת תהליכים, הפעלת מחסום, הגנה היקפית, מערכות בטיחות להולכי רגל, מחווני מרחק לינאריים, חיישני מפלס, מדידת תכולת רטיבות והתראות פולשים.

אנו מקווים שקיבלתם מושג לגבי דיודת גון, מאפייני דיודת גאן, אפקט גאן, מתנד דיודה גאן ועבודה עם יישומים בקצרה. לקבלת מידע נוסף אודות דיודות Gunn, אנא פרסם את שאילתותיך על ידי תגובה להלן.

נקודות זיכוי: