Um diodo é um semicondutor de dois terminais componente eletronico que exibe características de corrente-tensão não lineares. Ele permite corrente em uma direção na qual sua resistência é muito baixa (resistência quase zero) durante a polarização direta. Da mesma forma, na outra direção, ele não permite o fluxo de corrente - pois oferece uma resistência muito alta (resistência infinita atua como circuito aberto) durante a polarização reversa.

Gunn Diode

O diodos são classificados em diferentes tipos com base em seus princípios e características de trabalho. Estes incluem diodo genérico, diodo Schotty, diodo Shockley, diodo de corrente constante, Diodo Zener , Díodo emissor de luz, Fotodiodo, Díodo de túnel, Varator, Tubo de vácuo, Díodo laser, Díodo PIN, Díodo Peltier, Díodo Gunn e assim por diante. Em um caso especial, este artigo discute sobre o funcionamento, características e aplicações do diodo Gunn.

O que é um diodo Gunn?

Um diodo Gunn é considerado um tipo de diodo, embora não contenha nenhuma junção de diodo PN típica como os outros diodos, mas consiste em dois eletrodos. Este diodo também é chamado de Dispositivo Eletrônico Transferido. Este diodo é um dispositivo de resistência diferencial negativa, que é frequentemente usado como um oscilador de baixa potência para gerar microondas . Ele consiste apenas em semicondutores do tipo N, no qual os elétrons são os principais portadores de carga. Para gerar ondas de rádio curtas, como microondas, ele utiliza o Efeito Gunn.

Estrutura do Diodo Gunn

A região central mostrada na figura é uma região ativa, que é devidamente dopada com GaAs tipo N e camada epitaxial com espessura de cerca de 8 a 10 micrômetros. A região ativa é imprensada entre as duas regiões com contatos ôhmicos. Um dissipador de calor é fornecido para evitar superaquecimento e falha prematura do diodo e para manter os limites térmicos.

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Para a construção desses diodos, apenas material do tipo N é usado, o que é devido ao efeito de elétron transferido aplicável apenas aos materiais do tipo N e não é aplicável aos materiais do tipo P. A frequência pode ser variada variando a espessura da camada ativa durante a dopagem.

Efeito Gunn

Foi inventado por John Battiscombe Gunn na década de 1960 após seus experimentos com GaAs (Arseneto de Gálio), ele observou um ruído nos resultados de seus experimentos e deveu-se à geração de oscilações elétricas em frequências de micro-ondas por um campo elétrico constante com magnitude maior que o valor limite. Foi nomeado Efeito Gunn após ter sido descoberto por John Battiscombe Gunn.

O Efeito Gunn pode ser definido como geração de energia de micro-ondas (energia com frequências de micro-ondas em torno de alguns GHz) sempre que a voltagem aplicada a um dispositivo semicondutor excede o valor de voltagem crítico ou o valor de voltagem limite.

Oscilador de diodo Gunn

Os diodos Gunn são usados para construir osciladores para gerar microondas com frequências que variam de 10 GHz a THz. É um dispositivo de resistência diferencial negativa - também chamado de transferido oscilador de dispositivo de elétrons - que é um circuito sintonizado que consiste em diodo Gunn com tensão de polarização CC aplicada a ele. E isso é denominado como polarização do diodo na região de resistência negativa.

Devido a isso, a resistência diferencial total do circuito torna-se zero à medida que a resistência negativa do diodo se cancela com a resistência positiva do circuito resultando na geração de oscilações.

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Gunn Diode's Working

Este diodo é feito de uma única peça de Semicondutor tipo N como Arsenieto de Gálio e InP (Fosfeto de Índio). GaAs e alguns outros materiais semicondutores têm uma banda de energia extra em sua estrutura de banda eletrônica em vez de ter apenas duas bandas de energia, viz. banda de valência e banda de condução como materiais semicondutores normais. Esses GaAs e alguns outros materiais semicondutores consistem em três bandas de energia, e essa terceira banda extra está vazia no estágio inicial.

Se uma tensão for aplicada a este dispositivo, a maior parte da tensão aplicada aparecerá na região ativa. Os elétrons da banda de condução com resistividade elétrica desprezível são transferidos para a terceira banda porque esses elétrons são espalhados pela voltagem aplicada. A terceira banda de GaAs tem mobilidade menor do que a banda de condução.

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Por causa disso, um aumento na tensão direta aumenta a intensidade do campo (para intensidades de campo onde a tensão aplicada é maior do que o valor da tensão de limiar), então o número de elétrons alcançando o estado no qual a massa efetiva aumenta diminuindo sua velocidade, e assim, a corrente diminuirá.

Assim, se a intensidade do campo for aumentada, a velocidade de deriva diminuirá, o que cria uma região de resistência incremental negativa na relação V-I. Assim, o aumento da voltagem aumentará a resistência, criando uma fatia no cátodo e alcançando o ânodo. Mas, para manter uma tensão constante, uma nova fatia é criada no cátodo. Da mesma forma, se a tensão diminuir, a resistência diminuirá, extinguindo qualquer fatia existente.

Características do diodo Gunn

Características do Gunn Diode

As características da relação corrente-tensão de um diodo Gunn são mostradas no gráfico acima com sua região de resistência negativa. Essas características são semelhantes às características do diodo túnel.

Conforme mostrado no gráfico acima, inicialmente a corrente começa a aumentar neste diodo, mas depois de atingir um certo nível de tensão (em um valor de tensão especificado chamado de valor de tensão de limiar), a corrente diminui antes de aumentar novamente. A região onde a corrente cai é denominada região de resistência negativa, e por isso ela oscila. Nesta região de resistência negativa, este diodo atua como oscilador e amplificador, pois nesta região o diodo é habilitado para amplificar sinais.

Aplicações do Gunn Diode

Aplicações Gunn Diode

Usado como osciladores Gunn para gerar frequências que variam de saídas de 100mW 5GHz a 1W 35GHz. Esses osciladores Gunn são usados para comunicações de rádio , fontes de radar militares e comerciais.
Usado como sensores para detecção de invasores, para evitar descarrilamento de trens.
Usado como geradores de microondas eficientes com uma faixa de frequência de até centenas de GHz.
Usado para detectores de vibração remotos e medição de velocidade de rotação tacômetros .
Usado como um gerador de corrente de microondas (gerador de diodo Gunn pulsado).
Usado em transmissores de microondas para gerar ondas de rádio de microondas em potências muito baixas.
Usado como componentes de controle rápido em microeletrônica, como para a modulação de lasers de injeção de semicondutores.
Usado como aplicações de ondas submilimétricas, multiplicando a frequência do oscilador Gunn pela frequência do diodo.
Algumas outras aplicações incluem sensores de abertura de portas, dispositivos de controle de processo, operação de barreira, proteção de perímetro, sistemas de segurança de pedestres, indicadores de distância linear, sensores de nível, medição de conteúdo de umidade e alarmes de intrusão.

Esperamos que você tenha uma idéia do diodo Gunn, características do diodo Gunn, Efeito Gunn, oscilador do diodo Gunn e seu funcionamento com aplicações em breve. Para obter mais informações sobre os diodos Gunn, poste suas dúvidas comentando abaixo.

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