Diodo Gunn: funcionamiento, características y aplicaciones

Diodo Gunn: funcionamiento, características y aplicaciones

Un diodo es un semiconductor de dos terminales. Componente electrónico que exhibe características de corriente-voltaje no lineales. Permite la corriente en una dirección en la que su resistencia es muy baja (resistencia casi nula) durante la polarización directa. De manera similar, en la otra dirección, no permite el flujo de corriente, ya que ofrece una resistencia muy alta (la resistencia infinita actúa como circuito abierto) durante la polarización inversa.



Diodo Gunn

Diodo Gunn

los los diodos se clasifican en diferentes tipos en función de sus principios y características de funcionamiento. Estos incluyen diodo genérico, diodo Schotty, diodo Shockley, diodo de corriente constante, diodo Zener , Diodo emisor de luz, Fotodiodo, Diodo de túnel, Varactor, Tubo de vacío, Diodo láser, Diodo PIN, Diodo Peltier, Diodo Gunn, etc. En un caso especial, este artículo trata sobre el funcionamiento, las características y las aplicaciones del diodo Gunn.






¿Qué es un diodo Gunn?

Un diodo Gunn se considera un tipo de diodo, aunque no contiene ninguna unión de diodo PN típica como los otros diodos, pero consta de dos electrodos. Este diodo también se denomina Dispositivo electrónico transferido. Este diodo es un dispositivo de resistencia diferencial negativa, que se utiliza con frecuencia como oscilador de baja potencia para generar microondas . Consiste únicamente en un semiconductor de tipo N en el que los electrones son los portadores de carga mayoritarios. Para generar ondas de radio cortas como microondas, utiliza el efecto Gunn.

Estructura de diodo Gunn

Estructura de diodo Gunn



La región central que se muestra en la figura es una región activa, que está adecuadamente dopada con GaAs tipo N y una capa epitaxial con un espesor de alrededor de 8 a 10 micrómetros. La región activa está intercalada entre las dos regiones que tienen contactos óhmicos. Se proporciona un disipador de calor para evitar el sobrecalentamiento y la falla prematura del diodo y para mantener los límites térmicos.

Para la construcción de estos diodos, solo se utiliza material de tipo N, que se debe al efecto de electrones transferidos aplicable solo a los materiales de tipo N y no es aplicable a los materiales de tipo P. La frecuencia se puede variar variando el grosor de la capa activa mientras se dopa.

Efecto Gunn

Fue inventado por John Battiscombe Gunn en la década de 1960 después de sus experimentos con GaAs (arseniuro de galio), observó un ruido en los resultados de sus experimentos y lo debió a la generación de oscilaciones eléctricas a frecuencias de microondas por un campo eléctrico estable con una magnitud mayor que el valor umbral. Fue nombrado como Efecto Gunn después de que John Battiscombe Gunn lo descubriera.


El efecto Gunn se puede definir como la generación de energía de microondas (energía con frecuencias de microondas de unos pocos GHz) siempre que el voltaje aplicado a un dispositivo semiconductor exceda el valor de voltaje crítico o el valor de voltaje umbral.

Oscilador de diodo Gunn

Oscilador de diodo Gunn

Oscilador de diodo Gunn

Los diodos Gunn se utilizan para construir osciladores para generar microondas con frecuencias que van desde 10 GHz a THz. Es un dispositivo de resistencia diferencial negativa, también llamado como transferido oscilador del dispositivo de electrones - que es un circuito sintonizado que consta de un diodo Gunn al que se le aplica voltaje de polarización de CC. Y esto se denomina polarización del diodo en una región de resistencia negativa.

Debido a esto, la resistencia diferencial total del circuito se vuelve cero a medida que la resistencia negativa del diodo se cancela con la resistencia positiva del circuito, lo que resulta en la generación de oscilaciones.

Funcionamiento del diodo Gunn

Este diodo está hecho de una sola pieza de Semiconductor tipo N tales como arseniuro de galio e InP (fosfuro de indio). Los GaAs y algunos otros materiales semiconductores tienen una banda de energía extra en su estructura de banda electrónica en lugar de tener solo dos bandas de energía, a saber. banda de valencia y banda de conducción como materiales semiconductores normales. Estos GaAs y algunos otros materiales semiconductores constan de tres bandas de energía, y esta tercera banda adicional está vacía en la etapa inicial.

Si se aplica voltaje a este dispositivo, entonces la mayor parte del voltaje aplicado aparece en la región activa. Los electrones de la banda de conducción que tienen una resistividad eléctrica insignificante se transfieren a la tercera banda porque estos electrones se dispersan por el voltaje aplicado. La tercera banda de GaAs tiene una movilidad que es menor que la de la banda de conducción.

Debido a esto, un aumento en el voltaje directo aumenta la intensidad de campo (para intensidades de campo donde el voltaje aplicado es mayor que el valor de voltaje umbral), luego el número de electrones que alcanzan el estado en el que la masa efectiva aumenta al disminuir su velocidad, y por lo tanto, la corriente disminuirá.

Por lo tanto, si aumenta la intensidad del campo, la velocidad de deriva disminuirá, lo que crea una región de resistencia incremental negativa en la relación V-I. Por lo tanto, el aumento del voltaje aumentará la resistencia al crear un corte en el cátodo y llegará al ánodo. Pero, para mantener un voltaje constante, se crea un nuevo corte en el cátodo. Del mismo modo, si el voltaje disminuye, la resistencia disminuirá al extinguir cualquier corte existente.

Características del diodo Gunn

Características del diodo Gunn

Características del diodo Gunn

Las características de la relación corriente-voltaje de un diodo Gunn se muestran en el gráfico anterior con su región de resistencia negativa. Estas características son similares a las características del diodo túnel.

Como se muestra en el gráfico anterior, inicialmente la corriente comienza a aumentar en este diodo, pero después de alcanzar un cierto nivel de voltaje (a un valor de voltaje especificado llamado valor de voltaje umbral), la corriente disminuye antes de aumentar nuevamente. La región donde cae la corriente se denomina región de resistencia negativa y, debido a esto, oscila. En esta región de resistencia negativa, este diodo actúa como oscilador y amplificador, ya que en esta región, el diodo está habilitado para amplificar señales.

Aplicaciones de Gunn Diode

Aplicaciones del diodo Gunn

Aplicaciones del diodo Gunn

  • Se utilizan como osciladores Gunn para generar frecuencias que van desde salidas de 100 mW 5 GHz a 1 W 35 GHz. Estos osciladores Gunn se utilizan para comunicaciones por radio , fuentes de radar militares y comerciales.
  • Utilizados como sensores para la detección de intrusos, para evitar descarrilamientos de trenes.
  • Se utilizan como generadores de microondas eficientes con un rango de frecuencia de hasta cientos de GHz.
  • Se utiliza para detectores de vibración remotos y medición de velocidad de rotación. tacómetros .
  • Se utiliza como generador de corriente de microondas (generador de diodo Gunn pulsado).
  • Se utiliza en transmisores de microondas para generar ondas de radio de microondas a muy bajas potencias.
  • Se utiliza como componentes de control rápido en microelectrónica, como para la modulación de láseres de inyección de semiconductores.
  • Se utiliza como aplicaciones de ondas submilimétricas multiplicando la frecuencia del oscilador Gunn por la frecuencia del diodo.
  • Algunas otras aplicaciones incluyen sensores de apertura de puertas, dispositivos de control de procesos, operación de barreras, protección perimetral, sistemas de seguridad para peatones, indicadores de distancia lineal, sensores de nivel, medición del contenido de humedad y alarmas de intrusión.

Esperamos que tenga una idea del diodo Gunn, las características del diodo Gunn, el efecto Gunn, el oscilador de diodo Gunn y su funcionamiento con aplicaciones en breve. Para obtener más información sobre los diodos Gunn, publique sus consultas comentando a continuación.

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