Diodo gunn
Principio de trabajo del diodo Gunn:
Un principio de operar el diodo práctico de Gunn consiste en una porción como la ilustrada en la Figura 12-24, a veces con una capa de búfer entre la capa activa y el sustrato, montada en uno de los muchos paquetes, dependiendo del fabricante, la frecuencia y el nivel de potencia.
Encapsulación idéntica a la que se muestra para diodos de varactores comunes. El poder que debe disiparse es bastante comparable.
El principio de operación del diodo Gunn se cultiva epitaxing de GaAs o INP dopado con silicio, telurio o selenio. El sustrato, utilizado aquí como contacto óhmico, está fuertemente dopado para una buena conductividad, mientras que la capa activa delgada está menos dopada.
Los contactos de aleación de oro se electroodizan y se usan para un buen contacto óhmico y transferencia de calor para la posterior disipación. Se han realizado diodos con capas activas que varían en un grosor de 40 a aproximadamente 1 μm a las frecuencias más altas. La estructura real es normalmente cuadrada, y hasta ahora, los diodos GaAs predominan comercialmente.
Rendimiento de diodo de Gunn:
Como una buena aproximación, el circuito equivalente a un principio operativo del diodo GaAs en la banda X Gunn consiste en una resistencia negativa de aproximadamente 100 ohmios (100 Ω) en paralelo con una capacidad de aproximadamente 0.6 pf.
Dicho diodo comercial requerirá un sesgo de 9 V CC y, con una corriente de operación de 950 mA, la disipación en su disipador de calor (cátodo) será de 8.55 W. ya que la salida (en cualquier lugar de 8 a 12.4 GHz) es de 300 MW, la eficiencia se considera 3.5%.
Un diodo de Gunn a mayor frecuencia, que funciona en la playa de 26.5 a 40 GHz, podría producir una producción de 250 MW con una eficiencia del 2.5%.
En general, los diodos GaAs Gunn están disponibles comercialmente para las frecuencias de 4 GHz (1 a 2 W CW máximo) a alrededor de 100 GHz (50 MW CW máximo). En esta playa, la eficiencia máxima reclamada va de 20 a alrededor del 1%, pero para la mayoría de los diodos comerciales del 2.5 al 5%, es normal.
Los diodos INP, aún no como avanzados comercialmente, tienen un rendimiento que varía de 500 MW CW a 45 GHz (eficiencia del 6%) a 100 MW CW a 90 GHz (eficiencia del 4.5%); Se esperan poderes y frecuencias más altos.
Las otras opciones disponibles incluyen dos o más diodos en un paquete de osciladores para salidas y diodos CW más altos para salidas pulsadas.
En el último caso, los diodos comerciales producen hasta unas pocas docenas de vatios pulsados, con el 1% de los ciclos de servicio y eficiencia un poco mejor que para los diodos CW.
Osciladores de Gunn:
Dado que el principio operativo del diodo Gunn consiste esencialmente en una resistencia negativa, todo lo que se requiere en principio para convertirlo en un oscilador es una inductancia para regular la capacidad, y la resistencia a la carga de derivación no mayor que la resistencia negativa.
Esto ya ha sido discutido junto con el diodo del túnel. En la práctica, se ha encontrado una cavidad coaxial en modo TEM la más práctica para la frecuencia fija (pero con un cierto ajuste mecánico).
Un oscilador de Gunn coaxial típico se ilustra en la Figura 12-26. Si también es necesario un ajuste eléctrico, se puede colocar un varactor en la cavidad, al final opuesto al diodo Gunn.
Las dimensiones ilustradas en la Figura 12-26 se seleccionan para proporcionar un ensamblaje y disipación de los diodos apropiados, así como las oscilaciones en modo parásito.
Las Gunns VCO con ajuste de YIG están disponibles para aplicaciones de instrumentos, con rangos de frecuencias de tan grande como 2 octavas, mucho más importante posible con variedad. Una selección de estos osciladores se ilustra en la Figura 12-27.
El conjunto de 300 g, 50 x 50 mm contiene una rebanada de pistola en un fregadero térmico y una cavidad con una pequeña esfera de Yig. Hay un radiador para la esfera de Yig, para mantenerlo a una temperatura constante y una bobina para modificar el campo magnético.
La frecuencia instantánea de la oscilación se rige por la frecuencia de la cavidad, que a su vez depende de la esfera de Yig y el campo magnético por el cual está rodeado. Es el diodo Gunn, en lugar del mecanismo de ajuste, lo que determina los límites de frecuencia.
Cuando se modifica la frecuencia del resonador, el diodo en sí reacciona generando su dominio a una distancia desde el ánodo para que el tiempo de tránsito del dominio corresponde a un ciclo de oscilaciones.
A medida que aumenta la frecuencia, el punto de formación en el campo está cerca del ánodo. Las oscilaciones finalmente se detienen cuando este punto es más de la mitad de la porción.
Los osciladores Avantek del tipo ilustrado en la Figura 12-27 cubren la playa de 1 a 12.4 GHz, con rangos de ajuste (o escaneo) de la octava para cada uno. La modulación de frecuencia también es posible, a través de los terminales proporcionados, y en todos los cambios de frecuencia muy rápidos se pueden hacer.
Estos VCO están diseñados como reemplazos de los osciladores de ondas traseras, ciertamente en el extremo inferior del espectro operativo del BWO. Las salidas de potencia típicas varían hasta 50 MW, y el consumo de energía total puede ser de 5 W, incluida la potencia para la esfera de YIG.
Finalmente, debe mencionarse que el rendimiento de ruido de los osciladores de Gunn es completamente aceptable. El ruido de la parasitis AM está vinculado al de Klystron (que es muy bueno), mientras que los parásitos FM de ruido son peores, pero no demasiado alto para las aplicaciones normales.
El bloqueo de la inyección con una señal de baja amplitud y alta estabilidad ayuda a reducir considerablemente el ruido de FM.
Amplificadores de diodos Gunn:
Como se ha demostrado como parte del diodo del túnel, un dispositivo con resistencia negativa puede usarse como amplificador y, por supuesto, el diodo Gunn califica a este respecto. Sin embargo, los amplificadores de diodos Gunn no se usan casi tanto como los osciladores de Gunn. Hay muchas razones.
Por un lado, los amplificadores de diodos Gunn no pueden competir por la potencia de salida y el bajo ruido con los amplificadores GaAs FET a frecuencias inferiores a 30 GHz, y a frecuencias más altas, no pueden competir con la potencia de salida o la eficiencia del tubo electrónico o los amplificadores de impation (ver la siguiente sección).
En consecuencia, el nicho que les queda también es un ruido de bajo a medio ruido de baja potencia en el rango de frecuencia de 30 a 100 GHz.
En esta playa, pueden amplificar con figuras de ruido de alrededor de 20 a 30 dB, una eficiencia relativamente baja y una ganancia de potencia en el paso, y se esperaría una potencia de salida que es quizás dos o cuatro veces mayor de un oscilador de diodos a un solo diodo (esto se realiza combinando la salida de varios diodos en el paso final).
Una avenida de aproximación para la mejora consiste en el uso de un amplificador con diodo de diodo de túnel híbrido, en el que las etapas de entrada del diodo del túnel reducen considerablemente la cifra de ruido.
Al señalar que lo anterior se aplica a los diodos Arseniure de Gallium, otra vía de enfoque es usar dispositivos de fosfuro de indio.
Los primeros resultados con el principio operativo del diodo Gunn INP son los más alentadores, con cifras de ruido tan bajas como 12 dB reportadas para amplificadores en el rango de 50 a 60 GHz.
Por razones idénticas a las aplicadas a los osciladores de Gunn al ajuste de YIG, los amplificadores de Gunn, ya sean GaAs o INP, pueden operar en banda, rangos de ancho de banda 2: 1 no son inusuales. Son muy superiores a los amplificadores fiscales a este respecto.
Aplicación del diodo Gunn:
Las aplicaciones de los diodos de Gunn han tomado más o menos el mundo de las microondas, los osciladores de diodos Gunn se usan ampliamente y también buscan y se desarrollan. Con frecuencia se usan como instrumentos de potencia o microondas de baja y media o prueba media.
La mayoría de los amplificadores paramétricos ahora usan diodos Gunn como fuentes de bomba. Tienen la ventaja de los diodos Impatt para tener un ruido mucho más bajo, que es un criterio importante en la selección de un oscilador de bomba.
Cuando se necesitan frecuencias de bomba muy altas, a menudo se usa la técnica de usar un oscilador GUNN de baja frecuencia y duplicar la frecuencia con un multiplicador de varactores.
Los osciladores de armas de mayor potencia (250 a 2000 mW) se utilizan como osciladores de potencia, generalmente modulados en frecuencia, en una amplia variedad de aplicaciones de transmisor de baja potencia.
Actualmente incluyen el radar de la policía, el radar CW Doppler, las alarmas de robo y los indicadores de tasa de reducción de la aeronave.