Les diodes Gunn sont des dispositifs semi-conducteurs qui sont utilisés pour générer des signaux micro-ondes de faible puissance de manière simple et peu coûteuse. Ceux-ci sont utilisés depuis plus de 60 ans maintenant. Les diodes Gunn peuvent fonctionner avec des fréquences allant de quelques gigahertz à plus de 100 GHz. Il a été découvert pour la première fois par J. B. Gunn d'IBM au début des années 1960.

Aujourd'hui, les diodes Gunn sont utilisées commercialement dans un large éventail d'applications, y compris les lignes de données micro-ondes, les radars FM et CW de faible puissance, les alarmes anti-intrusion, etc. Sous des paramètres de température et de tension stables, les circuits utilisant ces diodes peuvent générer 15 mW à 1 watt de puissance et ont un faible bruit et une excellente stabilité de fréquence. Les diodes Gun sont particulièrement appréciées des passionnés pour une utilisation dans les radios amateurs fonctionnant à 10 GHz.

Construction

Une diode Gunn est fabriquée à partir d'une seule pièce de silicium de type N. Ceci est divisé en trois sections principales, comme le montre la Fig. 1.

Les régions supérieure et inférieure du dispositif comprennent un matériau N+ qui a été largement dopé, ce qui se traduit par une forte conductivité pour l'interface avec les paramètres externes.

Une connexion filaire est fixée à la base conductrice sur laquelle le dispositif est installé. La base de l'appareil sert également de dissipateur thermique pour absorber l'excès de chaleur.

Un lien en or est placé sur la surface supérieure qui se connecte à la borne opposée de la diode. Pour assurer une conductivité exceptionnelle et une relative stabilité, l'or devient indispensable.

La région active du dispositif est située au milieu, qui est moins largement dopée et a une conductivité plus faible. Celle-ci est généralement d'environ 0,5 ohm par centimètre cube, ce qui indique que la quasi-totalité de la tension appliquée aux bornes du dispositif passe par cette couche de la diode.

L'épaisseur moyenne de la couche active de la diode est de dix microns (0,001 cm). Son épaisseur serait évidemment différente d'une diode à l'autre car cela impacte principalement le fonctionnement global de la diode. Cela implique que la fréquence de fonctionnement de cet appareil est un élément critique de sa fiche technique.

La diode Gunn a une conception unique car elle est entièrement constituée de matériau de type N et ne possède pas de jonction P-N. Essentiellement, il ne s'agit pas d'un type conventionnel de diode, mais fonctionne plutôt sur des principes totalement différents.

Comment fonctionne une diode Gunn

Bien que le fonctionnement d'une diode Gunn puisse sembler complexe, il peut être possible de le comprendre à un niveau fondamental.

La région centrale active du dispositif est soumise à la majorité du potentiel créé par une tension appliquée. Cette région est extrêmement mince, et même un petit décalage de tension montre un gradient de potentiel significatif ou une fluctuation de tension sur une certaine distance.

Comme illustré sur la figure 2, une impulsion de courant commence à traverser la zone active lorsque la tension appliquée à travers elle atteint un niveau spécifique.

En conséquence, le gradient de potentiel du reste de la région active diminue, ce qui arrête la génération d'impulsions de courant supplémentaires. Ce n'est qu'après que l'impulsion de courant traverse l'extrémité opposée de la zone active que le gradient de potentiel élevé revient, permettant la génération d'une autre impulsion de courant.

Si la courbe de tension et de courant est tracée, il est possible de voir l'activité particulière des impulsions de courant sous un angle différent.

Différence entre une diode de redressement et une diode Gunn

Les courbes d'une diode redresseuse conventionnelle et d'une diode Gunn sont représentées dans le schéma de la figure 3 ci-dessus.
Le courant d'une diode redresseuse conventionnelle augmente avec la tension, mais cette relation n'est pas toujours linéaire.
D'autre part, le courant d'une diode Gunn commence à augmenter et, après avoir atteint une tension spécifique, commence à chuter avant d'augmenter à nouveau.
Ses propriétés d'oscillation sont causées par cette région où il tombe, qui est appelée région de 'résistance négative'.

Réglage de la fréquence

Bien que l'épaisseur de la région active détermine la fréquence de fonctionnement générale, il est toujours possible de modifier la fréquence sur une plage spécifique. Étant donné que la diode Gunn est un dispositif à micro-ondes, elle est généralement installée dans une cavité de guide d'ondes pour générer un circuit accordé. Sa fréquence de fonctionnement est déterminée par la fréquence de résonance de l'ensemble de l'ensemble.

Le processus de réglage peut être accompli dans une variété de méthodes. En insérant une vis réglable dans la cavité du guide d'ondes, des modifications mécaniques pourraient être apportées, permettant un indicateur d'accord de base.

“définition de semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire ”

Néanmoins, un réglage électrique est généralement également nécessaire, et l'une des deux méthodes différentes peut être utilisée. La première méthode consiste à coupler une diode varactor dans le circuit de l'oscillateur Gunn.

Lorsque la tension sur la diode varactor est modifiée, la capacité change, ce qui modifie la fréquence à laquelle l'ensemble du circuit résonne.

Bien que cette approche soit peu coûteuse et simple à mettre en œuvre, elle présente de nombreux inconvénients. Tout d'abord, il a une plage de fonctionnement limitée. Deuxièmement, cette technique produit beaucoup de bruit de phase, ce qui peut ne pas convenir à de nombreuses applications.

Utilisation de YIG pour un réglage efficace de la fréquence

L'utilisation d'un matériau YIG semble être une technique de réglage plus efficace. Cela incorpore Yttrium Iron Garnet, une substance ferromagnétique.

Lorsque la diode Gunn et le YIG sont insérés dans la cavité, la taille effective de la cavité est réduite. Une bobine est positionnée à l'extérieur du guide d'ondes pour ce faire.

Lorsqu'un courant traverse la bobine, il a pour effet d'élargir le volume magnétique du YIG et de contracter la dimension électrique de la cavité. En conséquence, la fréquence de fonctionnement augmente. Le bruit de phase est considérablement réduit avec le réglage YIG et une large plage de fréquences peut être obtenue.

Utilisation de Gunnplexer pour la radio amateur

L'oscillateur à diode Gunn est un composant d'un émetteur-récepteur commercial proposé par Advanced Receiver Research pour une utilisation radio amateur. L'appareil, appelé 'Gunnplexer', est utilisé pour produire et convertir à la baisse des signaux amateurs nominaux de 10 GHz vers la bande amateur sur 2 mètres (144 MHz), ou d'autres fréquences intermédiaires inférieures (FI).

Le Gunnplexer se compose d'une diode Gunn attachée à une antenne cornet rectangulaire à gain élevé avec des diodes mélangeuses Schottky enfermées dans une cavité de 10 GHz.

Des variations de fréquence allant jusqu'à 60 MHz par rapport à la fréquence de résonance normale peuvent être obtenues en utilisant le réglage du varactor. La diode Gunn fonctionne à la fois comme émetteur et comme oscillateur local pour la FI de 2 mètres convertie à la baisse.