Une diode est un semi-conducteur à deux bornes Composant élèctronique qui présente des caractéristiques courant-tension non linéaires. Il permet un courant dans une direction à laquelle sa résistance est très faible (résistance presque nulle) pendant la polarisation directe. De même, dans l'autre sens, il ne permet pas la circulation du courant - car il offre une résistance très élevée (une résistance infinie agit comme un circuit ouvert) pendant la polarisation inverse.

Diode Gunn

Le les diodes sont classées en différents types en fonction de leurs principes de fonctionnement et de leurs caractéristiques. Ceux-ci incluent la diode générique, la diode Schotty, la diode Shockley, la diode à courant constant, Diode Zener , Diode électroluminescente, photodiode, diode tunnel, varactor, tube à vide, diode laser, diode PIN, diode Peltier, diode Gunn, et ainsi de suite. Dans un cas particulier, cet article traite du fonctionnement, des caractéristiques et des applications de la diode Gunn.

Qu'est-ce qu'une diode Gunn?

Une diode Gunn est considérée comme un type de diode même si elle ne contient aucune jonction de diode PN typique comme les autres diodes, mais elle se compose de deux électrodes. Cette diode est également appelée appareil électronique transféré. Cette diode est un dispositif à résistance différentielle négative, qui est fréquemment utilisé comme oscillateur de faible puissance pour générer micro-ondes . Il se compose uniquement d'un semi-conducteur de type N dans lequel les électrons sont les porteurs de charge majoritaires. Pour générer des ondes radio courtes telles que les micro-ondes, il utilise l'effet Gunn.

Structure de la diode Gunn

La région centrale représentée sur la figure est une région active, qui est correctement dopée en GaAs de type N et une couche épitaxiale d'une épaisseur d'environ 8 à 10 micromètres. La région active est prise en sandwich entre les deux régions ayant les contacts ohmiques. Un dissipateur thermique est prévu pour éviter la surchauffe et la défaillance prématurée de la diode et pour maintenir les limites thermiques.

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Pour la construction de ces diodes, seul un matériau de type N est utilisé, ce qui est dû à l'effet d'électrons transférés applicable uniquement aux matériaux de type N et n'est pas applicable aux matériaux de type P. La fréquence peut être modifiée en faisant varier l'épaisseur de la couche active pendant le dopage.

Effet Gunn

Il a été inventé par John Battiscombe Gunn dans les années 1960 après ses expériences sur GaAs (arséniure de gallium), il a observé un bruit dans les résultats de ses expériences et le doit à la génération d'oscillations électriques aux fréquences micro-ondes par un champ électrique constant d'une magnitude supérieure la valeur seuil. Il a été nommé effet Gunn après que cela ait été découvert par John Battiscombe Gunn.

L'effet Gunn peut être défini comme la génération de puissance micro-ondes (puissance avec des fréquences micro-ondes d'environ quelques GHz) chaque fois que la tension appliquée à un dispositif à semi-conducteur dépasse la valeur de tension critique ou la valeur de tension seuil.

Oscillateur à diode Gunn

Les diodes Gunn sont utilisées pour construire des oscillateurs pour générer des micro-ondes avec des fréquences allant de 10 GHz à THz. C'est un dispositif de résistance différentielle négative - également appelé comme transféré oscillateur de dispositif électronique - qui est un circuit accordé composé d'une diode Gunn avec une tension de polarisation CC qui lui est appliquée. Et cela s'appelle la polarisation de la diode dans la région de résistance négative.

Pour cette raison, la résistance différentielle totale du circuit devient nulle lorsque la résistance négative de la diode s'annule avec la résistance positive du circuit entraînant la génération d'oscillations.

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Fonctionnement de Gunn Diode

Cette diode est constituée d'une seule pièce de Semi-conducteur de type N comme l'arséniure de gallium et l'InP (phosphure d'indium). GaAs et certains autres matériaux semi-conducteurs ont une bande d'énergie supplémentaire dans leur structure de bande électronique au lieu d'avoir seulement deux bandes d'énergie, à savoir. bande de valence et bande de conduction comme les matériaux semi-conducteurs normaux. Ces GaAs et certains autres matériaux semi-conducteurs se composent de trois bandes d'énergie, et cette troisième bande supplémentaire est vide au stade initial.

Si une tension est appliquée à cet appareil, la majeure partie de la tension appliquée apparaît dans la région active. Les électrons de la bande de conduction ayant une résistivité électrique négligeable sont transférés dans la troisième bande car ces électrons sont diffusés par la tension appliquée. La troisième bande de GaAs a une mobilité qui est inférieure à celle de la bande de conduction.

Pour cette raison, une augmentation de la tension directe augmente l'intensité du champ (pour les intensités de champ où la tension appliquée est supérieure à la valeur de tension de seuil), puis le nombre d'électrons atteignant l'état auquel la masse effective augmente en diminuant leur vitesse, et ainsi, le courant diminuera.

Ainsi, si l'intensité du champ est augmentée, la vitesse de dérive diminuera, ce qui crée une région de résistance incrémentale négative dans la relation V-I. Ainsi, l'augmentation de la tension augmentera la résistance en créant une tranche au niveau de la cathode et atteindra l'anode. Mais, pour maintenir une tension constante, une nouvelle tranche est créée au niveau de la cathode. De même, si la tension diminue, la résistance diminuera en éteignant toute tranche existante.

Caractéristiques de Gunn Diode

Caractéristiques de la diode Gunn

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Les caractéristiques de la relation courant-tension d'une diode Gunn sont indiquées dans le graphique ci-dessus avec sa région de résistance négative. Ces caractéristiques sont similaires aux caractéristiques de la diode tunnel.

Comme le montre le graphique ci-dessus, le courant commence initialement à augmenter dans cette diode, mais après avoir atteint un certain niveau de tension (à une valeur de tension spécifiée appelée valeur de tension de seuil), le courant diminue avant d'augmenter à nouveau. La région dans laquelle le courant tombe est appelée région de résistance négative et, pour cette raison, elle oscille. Dans cette région de résistance négative, cette diode joue à la fois le rôle d'oscillateur et d'amplificateur, car dans cette région, la diode est habilitée à amplifier les signaux.

Applications de Gunn Diode

Applications de la diode Gunn

Utilisé comme oscillateurs Gunn pour générer des fréquences allant de 100 mW 5 GHz à 1 W 35 GHz. Ces oscillateurs Gunn sont utilisés pour communications radio , sources radar militaires et commerciales.
Utilisé comme capteurs pour détecter les intrus, pour éviter le déraillement des trains.
Utilisé comme générateurs de micro-ondes efficaces avec une gamme de fréquences allant jusqu'à des centaines de GHz.
Utilisé pour les détecteurs de vibrations à distance et la mesure de la vitesse de rotation tachymètres .
Utilisé comme générateur de courant micro-onde (générateur de diode Pulsed Gunn).
Utilisé dans les émetteurs micro-ondes pour générer des ondes radio micro-ondes à très faible puissance.
Utilisé comme composants de contrôle rapide en microélectronique, comme pour la modulation des lasers à injection de semi-conducteurs.
Utilisé comme applications d'ondes submillimétriques en multipliant la fréquence de l'oscillateur Gunn par la fréquence de la diode.
Certaines autres applications comprennent les capteurs d'ouverture de porte, les dispositifs de contrôle de processus, le fonctionnement des barrières, la protection du périmètre, les systèmes de sécurité des piétons, les indicateurs de distance linéaire, les capteurs de niveau, la mesure de la teneur en humidité et les alarmes d'intrusion.

Nous espérons que vous avez une idée de la diode Gunn, des caractéristiques de la diode Gunn, de l'effet Gunn, de l'oscillateur à diode Gunn et de son fonctionnement avec des applications en bref. Pour plus d'informations sur les diodes Gunn, veuillez poster vos questions en commentant ci-dessous.

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