冈恩二极管的工作原理 整流二极管和冈恩二极管的区别

冈恩二极管是用于以简单和低成本的方式产生低功率微波信号的半导体器件。这些已经使用了60多年。冈恩二极管可以在从几千兆赫兹到超过 100 GHz 的频率范围内工作。它最初是由IBM的J. B. Gunn在1960年代初发现的。

如今，Gunn二极管已广泛应用于各种应用，包括微波数据线、低功率FM和CW雷达、入侵者防盗报警器等。在稳定的温度和电压参数下，使用这些二极管的电路可以产生15 mW至1 W的功率，并具有低噪声和出色的频率稳定性。枪二极管特别受到发烧友的喜爱，用于工作频率为 10 GHz 的业余无线电。

建设

Gunn二极管由单片N型硅制成。这分为三个主要部分，如图所示。1.

该器件的顶部和底部区域包括经过广泛掺杂的 N+ 材料，因此与外部参数接口具有很强的导电性。

电线连接连接到安装设备的导电底座上。设备的底座还用作散热器以吸收多余的热量。

在顶部表面上放置一个金线，该链路与二极管的相对端子连接。为了确保出色的导电性和相对稳定性，黄金变得至关重要。

该器件的有源区域位于中间，掺杂较少，电导率较低。这通常约为每立方厘米0.5欧姆，这表明施加在器件上的几乎所有电压都通过二极管的这一层。

二极管有源层的平均厚度为10微米（0.001厘米）。其厚度明显因二极管而异，因为这主要影响二极管的整体工作。这意味着该器件的工作频率是其数据手册的关键要素。

Gunn二极管具有独特的设计，因为它完全由N型材料制成，没有P-N结。从本质上讲，它不是传统类型的二极管，而是基于完全不同的原理工作。

冈恩二极管的工作原理

虽然Gunn二极管的工作看起来很复杂，但有可能在基本层面上理解它。

器件的有源中心区域承受施加电压产生的大部分电位。这个区域非常薄，即使是一点点电压偏移，在一定距离内也显示出明显的潜在梯度或电压波动。

如图所示。2，当施加的电压达到特定水平时，电流脉冲开始流过有源区。

结果，有源区域的其余电位梯度降低，从而停止产生额外的电流脉冲。只有在电流脉冲越过有源区的另一端后，高电位梯度才会返回，从而允许产生另一个电流脉冲。

如果绘制出电压和电流曲线，则可以从不同的角度看到特殊的电流脉冲活动。

整流二极管和冈恩二极管的区别

传统整流二极管和Gunn二极管的曲线如上图3所示。

传统整流二极管的电流随电压增加而增加，但这种关系并不总是线性的。

另一方面，Gunn二极管的电流开始上升，在达到特定电压后，开始下降，然后再次增加。

它的振荡特性是由它下降的这个区域引起的，该区域被称为“负电阻”区域。

设置频率

尽管有源区域的厚度决定了一般工作频率，但在特定范围内改变频率仍然是可行的。由于Gunn二极管是一种微波器件，因此通常安装在波导腔中以产生调谐电路。其工作频率由整个组件的谐振频率决定。

调优过程可以通过多种方法完成。通过将可调螺钉插入波导腔，可以进行机械更改，从而实现基本的调谐指示器。

然而，电调谐通常也是必要的，可以使用两种不同的方法之一。第一种方法是将变容二极管耦合到Gunn振荡器电路中。

当变容二极管上的电压发生变化时，电容会发生变化，从而导致整个电路谐振的频率发生变化。

虽然这种方法便宜且易于使用，但它有很多缺点。首先，它的工作范围有限。其次，这种技术会产生大量的相位噪声，这可能不适合许多应用。

使用 YIG 进行有效的频率调整

使用 YIG 材料似乎是一种更有效的调谐技术。它包含钇铁石榴石，一种铁磁性物质。

当Gunn二极管和YIG插入腔体时，腔体的有效尺寸减小。为此，在波导外部放置了一个线圈。

当电流流过线圈时，它具有扩大YIG的磁体积并收缩腔体电气尺寸的作用。结果，操作频率上升。YIG调谐可显著降低相位噪声，并可实现较大的频率范围。

将Gunnplexer用于业余无线电

Gunn二极管振荡器是Advanced Receiver Research为业余无线电使用提供的商用收发器的组件。该设备被称为“Gunnplexer”，用于在 2 米 （144 MHz） 或其他较低的中频 （IF） 上产生和下转换标称业余信号从 10 GHz 到业余频段。

Gunnplexer由连接到高增益矩形喇叭天线的Gunn二极管和封装在10 GHz腔内的肖特基混频二极管组成。

使用变容二极管调谐可以实现与正常谐振频率相比高达60 MHz的频率变化。Gunn二极管既可用作发射器，也可用作下变频2米中频的本地振荡器。
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