건 다이오드는 간단하고 저렴한 방식으로 저전력 마이크로파 신호를 생성하는 데 사용되는 반도체 장치입니다. 이들은 60년 이상 동안 사용되어 왔습니다. Gunn 다이오드는 몇 GHz에서 100GHz 이상의 주파수 범위에서 작동할 수 있습니다. 1960년대 초 IBM의 J. B. Gunn에 의해 처음 발견되었습니다.
오늘날 Gunn 다이오드는 마이크로웨이브 데이터 라인, 저전력 FM 및 CW 레이더, 침입자 도난 경보기 등을 포함한 광범위한 응용 분야에서 상업적으로 사용되고 있습니다. 안정적인 온도 및 전압 매개변수에서 이러한 다이오드를 사용하는 회로는 15mW를 생성할 수 있습니다. 1W의 전력으로 소음이 적고 주파수 안정성이 뛰어납니다. 건 다이오드는 10GHz에서 작동하는 아마추어 무선 장치에 사용하기 위해 매니아들에게 특히 호평을 받고 있습니다.
건설
Gunn 다이오드는 N형 실리콘 한 조각으로 제조됩니다. 이것은 그림 1에서 볼 수 있듯이 세 가지 기본 섹션으로 나뉩니다.
장치의 상단 및 하단 영역에는 광범위하게 도핑된 N+ 재료가 포함되어 있어 외부 매개변수와의 인터페이스를 위한 강력한 전도성을 제공합니다.
장치가 설치된 전도 베이스에 와이어 연결이 연결됩니다. 장치의 바닥은 과도한 열을 흡수하는 방열판 역할도 합니다.
다이오드의 반대쪽 단자와 연결되는 상단 표면에 금색 링크가 있습니다. 탁월한 전도성과 상대적 안정성을 보장하기 위해 금은 필수가 됩니다.
장치의 활성 영역은 덜 광범위하게 도핑되고 전도성이 낮은 중간에 위치합니다. 이것은 일반적으로 입방 센티미터당 약 0.5옴이며, 이는 장치에 적용된 거의 모든 전압이 이 다이오드 층을 통과함을 나타냅니다.
다이오드 활성층의 평균 두께는 10미크론(0.001cm)입니다. 그 두께는 다이오드의 전체 작동에 주로 영향을 미치기 때문에 다이오드마다 분명히 다릅니다. 이는 이 장치의 작동 주파수가 데이터시트의 중요한 요소임을 의미합니다.
Gunn 다이오드는 전체가 N형 재료로 구성되어 있고 P-N 접합이 없기 때문에 독특한 디자인을 가지고 있습니다. 본질적으로 이것은 일반적인 유형의 다이오드가 아니라 완전히 다른 원리로 작동합니다.
건 다이오드의 작동 원리
Gunn 다이오드의 작동은 복잡해 보일 수 있지만 기본적인 수준에서는 이해할 수 있습니다.
장치의 활성 중앙 영역은 인가된 전압에 의해 생성되는 대부분의 전위에 영향을 받습니다. 이 영역은 매우 얇으며 약간의 전압 이동에도 특정 거리에 걸쳐 상당한 전위 기울기 또는 전압 변동이 나타납니다.
그림 2에서 볼 수 있듯이 전류 펄스는 활성 영역에 인가된 전압이 특정 수준에 도달하면 활성 영역을 통해 흐르기 시작합니다.
결과적으로 활성 영역의 나머지 전위 기울기가 감소하여 추가 전류 펄스 생성이 중지됩니다. 전류 펄스가 활성 영역의 반대쪽 끝으로 넘어간 후에만 높은 전위 기울기가 반환되어 다른 전류 펄스를 생성할 수 있습니다.
전압 및 전류 곡선을 그리면 다른 각도에서 고유한 전류 펄스 활동을 볼 수 있습니다.
정류기 다이오드와 건 다이오드의 차이점
- 기존의 정류 다이오드와 건 다이오드의 곡선은 위의 그림 3의 다이어그램에 나와 있습니다.
- 기존 정류기 다이오드의 전류는 전압에 따라 증가하지만 이 관계가 항상 선형인 것은 아닙니다.
- 반면, Gunn 다이오드의 전류는 상승하기 시작하여 특정 전압에 도달한 후 다시 떨어지기 시작하여 다시 증가합니다.
- 진동 특성은 '음의 저항' 영역이라고 하는 떨어지는 이 영역에 의해 발생합니다.
주파수 설정
활성 영역의 두께가 일반적인 작동 주파수를 결정하지만 특정 범위에서 주파수를 변경하는 것은 여전히 가능합니다. Gunn 다이오드는 마이크로파 장치이기 때문에 일반적으로 도파관 공동에 설치되어 튜닝된 회로를 생성합니다. 작동 주파수는 전체 어셈블리의 공진 주파수에 의해 결정됩니다.
튜닝 프로세스는 다양한 방법으로 수행될 수 있습니다. 조정 가능한 나사를 도파관 캐비티에 삽입하여 기계적 변경을 수행하여 기본 튜닝 표시기를 활성화할 수 있습니다.
그럼에도 불구하고 일반적으로 전기 튜닝도 필요하며 두 가지 다른 방법 중 하나를 사용할 수 있습니다. 첫 번째 방법은 버랙터 다이오드를 Gunn 발진기 회로에 연결하는 것입니다.
버랙터 다이오드의 전압이 변경되면 커패시턴스가 변경되어 전체 회로가 공진하는 주파수가 변경됩니다.
이 방법은 저렴하고 사용이 간편하지만 많은 단점이 있습니다. 첫째, 작동 범위가 제한적입니다. 둘째, 이 기술은 많은 응용 분야에 적합하지 않을 수 있는 많은 위상 잡음을 생성합니다.
“DC 모터의 제어 속도 ”
효과적인 주파수 조정을 위한 YIG 사용
YIG 소재를 사용하는 것이 더 효과적인 튜닝 기법인 것 같습니다. 여기에는 강자성 물질인 이트륨 철 석류석이 포함됩니다.
건 다이오드와 YIG를 캐비티에 삽입하면 캐비티의 유효 크기가 감소합니다. 이를 위해 코일이 도파관 외부에 위치합니다.
코일을 통해 전류가 흐르면 YIG의 자기 체적을 확장하고 캐비티의 전기적 치수를 수축시키는 효과가 있습니다. 결과적으로 작동 빈도가 높아집니다. 위상 잡음은 YIG 튜닝으로 크게 감소하고 넓은 주파수 범위를 얻을 수 있습니다.
아마추어 라디오에 Gunnplexer 사용
건 다이오드 발진기는 아마추어 무선 사용을 위해 Advanced Receiver Research에서 제공하는 상용 트랜시버의 구성 요소입니다. '건플렉서'라고 하는 장치는 10GHz에서 2미터(144MHz) 또는 기타 낮은 중간 주파수(IF)의 아마추어 대역으로 공칭 아마추어 신호를 생성하고 하향 변환하는 데 사용됩니다.
Gunnplexer는 10GHz 캐비티 내부에 포함된 Schottky 믹서 다이오드와 함께 고이득 직사각형 혼 안테나에 부착된 Gunn 다이오드로 구성됩니다.
정상 공진 주파수에서 최대 60MHz의 주파수 변화는 버랙터 튜닝을 사용하여 달성할 수 있습니다. Gunn 다이오드는 하향 변환된 2미터 IF에 대해 송신기와 국부 발진기로 작동합니다.
