دیود گان (Gunn Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود گان (Gunn Diode) :
دیود گان (Gunn Diode) که با نام دیود اثر گان (Gunn Effect Diode) نیز شناخته می شود، یک نوع دیود نیمه هادی غیرمعمول است که بر اساس پدیده ای به نام "اثر گان" (Gunn Effect) کار می کند. این دیود توسط جان بی. گان (J.B. Gunn) در سال ۱۹۶۲ کشف شد. برخلاف دیودهای معمولی، دیود گان دارای پیوند PN نیست، بلکه از یک تکه نیمه هادی یکنواخت (معمولا گالیوم آرسناید - GaAs) تشکیل شده است.
مکانیزم کار دیود گان بر اساس یک پدیده فیزیکی به نام "انتقال الکترونی با انرژی بالا" (Transferred Electron Effect) است. در برخی مواد نیمه هادی مانند GaAs و InP، با افزایش میدان الکتریکی از یک حد آستانه، تحرک الکترون ها به شدت کاهش می یابد. این باعث می شود سرعت الکترون ها با افزایش میدان کاهش یابد (مقاومت دیفرانسیلی منفی - Negative Differential Resistance).
ساختار دیود گان بسیار ساده است: یک لایه نازک از نیمه هادی (مانند GaAs) با دوپینگ مناسب بین دو کنتاکت اهمی (Ohmic Contacts) قرار می گیرد. هنگامی که ولتاژ کافی (بیش از ولتاژ آستانه) به دیود اعمال می شود، یک ناحیه با میدان بالا (High-Field Domain) در داخل کریستال تشکیل می شود و با سرعت معینی حرکت می کند. این حرکت نوساناتی در جریان ایجاد می کند که فرکانس آن با ضخامت لایه و خواص ماده تعیین می شود.
مهم ترین ویژگی دیود گان، توانایی آن در تولید نوسانات مایکروویو (Microwave Oscillations) بدون نیاز به مدار تشدید خارجی (مانند حفره ای) است. دیود گان به خودی خود یک المان با مقاومت منفی (Negative Resistance) است و می تواند با اتصال به یک مدار تشدید (مانند یک حفره یا خط مایکروویو)، نوسان سازی کند.
پارامترهای مهم دیود گان عبارتند از: فرکانس کاری (معمولا از ۱ گیگاهرتز تا ۱۰۰ گیگاهرتز و بالاتر)، توان خروجی (از چند میلی وات تا چند وات)، ولتاژ آستانه (چند ولت)، و بازده (معمولا ۲-۵٪، گاهی تا ۱۰٪). دیودهای گان معمولا توان خروجی محدودی دارند اما در فرکانس های بالا کار می کنند.
کاربرد اصلی دیود گان در نوسان سازهای مایکروویو (Microwave Oscillators) به عنوان منبع سیگنال محلی (Local Oscillator) در گیرنده های مایکروویو، رادارهای داپلر (Doppler Radars)، سنسورهای حرکتی، و تجهیزات اندازه گیری فرکانس بالا است. آنها همچنین در سیستم های مخابراتی نقطه به نقطه و ارتباطات ماهواره ای استفاده می شوند.
دیودهای گان در رادارهای داپلر ساده (مانند رادارهای تشخیص حرکت برای بازکردن خودکار درها) بسیار رایج هستند. در این کاربردها، یک دیود گان به همراه یک آنتن، یک موج پیوسته (CW) در فرکانس مایکروویو (معمولا ۱۰ یا ۲۴ گیگاهرتز) تولید می کند. سیگنال بازتاب شده از اجسام متحرک، داپلر شیفت شده و توسط یک میکسر (معمولا دیود شاتکی) تشخیص داده می شود.
سری معروف دیودهای گان شامل خانواده MA4Gxxx از MACOM و خانواده MGDxxx از Microsemi است. این دیودها معمولا در بسته بندی های سرامیکی یا فلزی-سرامیکی با قابلیت نصب در حفره های مایکروویو عرضه می شوند. دیودهای گان همچنین به صورت تراشه (Chip) برای کاربردهای مدار مجتمع مایکروویو (MMIC) موجود هستند.
مزایای دیود گان شامل سادگی ساختار، قابلیت اطمینان بالا، و نویز فاز نسبتا کم است. معایب آن شامل توان خروجی محدود، بازده پایین، و نیاز به ولتاژ تغذیه نسبتا بالا (چند ولت تا چند ده ولت) است. همچنین دیود گان در مقایسه با نوسان سازهای مبتنی بر ترانزیستور، توانایی یکپارچه سازی کمتری دارد.
دمای کاری بر عملکرد دیود گان تأثیر می گذارد. با افزایش دما، فرکانس و توان خروجی تغییر می کند. بنابراین، در کاربردهای دقیق، ممکن است نیاز به تثبیت دمایی (Temperature Stabilization) باشد. همچنین دیودهای گان معمولا بر روی هیت سینک نصب می شوند تا حرارت تولید شده دفع شود.
در نهایت، دیود گان یک قطعه کلیدی در فناوری مایکروویو است که امکان تولید نوسانات در فرکانس های بالا را با ساختاری ساده فراهم می کند. با وجود پیشرفت در ترانزیستورهای مایکروویو (مانند HEMT و HBT)، دیود گان همچنان در کاربردهایی که نیاز به نوسان ساز ساده و کم هزینه در فرکانس های بالای ۳۰ گیگاهرتز دارند، یک گزینه مناسب است. این دیودها در سنسورهای حرکتی، رادارهای خودرو، و تجهیزات تست RF کاربرد گسترده ای دارند.
