У більшості випадків діод Ганна розглядається саме як різновид діода, хоча на відміну від канонічної конструкції, p-n - перехід у нього по суті відсутня. Інша назва діода Ганна - прилад з об'ємною нестійкістю.
З огляду на володіння негативним диференціальним опором, діоди даного типу часто використовують як малопотужний генератор, який продукує мікрохвилі.
Діод Ганна структурований так, що центральна (активна) частина складається з шару нізколегітірованного арсеніду Галія. По обидва боки від центрального компонента відбувається нарощення епітаксійних шарів з високолегітірованним арсенідом Галія. За товщиною вони складають 8-10 мкм. Ще в якості матеріалу для виготовлення N-напівпровідника може бути використаний індієвий Фосфід, а також сполуки елементів 3-5 груп періодичної таблиці.
Рис 1 Структура діода Ганна
Центральна область затискається між двох зон з омніческімі контактами. Цей захід спрямований на забезпечення відводу тепла, допомагає запобігти перегріву і сприяє більшій довговічності діода.
Якщо ви ставите питанням «Як перевірити діод Ганна?», То не можна забувати, що перевірка елементів даного типу за допомогою мультиметра неможлива. Діод Ганна перевіряється за допомогою стендів СВЧ.
Є два типи діодів Ганна в сенсі конструкції:
[Google_font font = "Open Sans» size = "25" weight = "400" italic = "0" letter_spacing = »» color = "# 626262" subset = »»]
Стандартний корпусний варіант характеризується наявністю металокерамічного діодного корпусу, що забезпечує захист від впливу зовнішніх впливів. У ситуаціях, коли робоча частота діода перевищує 30 гігагерц, замість керамічного корпусу використовується кварцовий і як можна більш малогабаритний.
Трохи про ефект Ганна
Вищеназване явище вперше виявив Джон Ганн в 60-і рр XX століття. При проведенні досліджень, пов'язаних з арсенідом Галія, виявилося, що кожен досвід з даним матеріалом супроводжується характерними перешкодами.
Рис 2 Рух електронів в діод
Виявлений ефект було вирішено застосувати для створення надвисокочастотних електричних коливань, що перевищують граничне значення, в умовах сталого електричного поля. При ефекті Ганна виникають надвисокі частоти (до декількох гігагерц), це відбувається, якщо рівень доданого до конструкції напруги вище знаходиться в критичній точці порогового значення.
Вольт-амперні характеристики діода Ганна
Є кілька основних показників, якими володіє діод Ганна. ВАХ діода даного типу, в зоні з негативним опором, вельми нагадує ВАХ властиві тунельному діоду. Таким чином, при первинному збільшенні напруги, сила струму також зростає, але як тільки рівень напруги прийде до граничного значення відбувається зворотне. Область падіння сили струму називається областю з негативним опором.
Основні характеристики діода Ганна
Рівень максимального значення за цим показником не перевищує 20-ти відсотків. Збільшити його можливо застосовуючи ускладнені коливальні системи. Під час безперервної роботи ККД діода може знизиться, якщо погано налагоджений тепловідвід.
Обмежується умовами електричних процесів. Як наслідок, максимальна потужність прямо пропорційна частоті. Якщо потужність досить велика, то розмір амплітуди коливань може бути зіставлений з показником постійного діодного напруги. При порівняно низькій частоті максимальна вихідна потужність знаходиться в кореляції з тепловими ефектами.
Пристрій СВЧ генератора з діодом Ганна
Генератор з діодом Ганна здатний продукувати мікрохвилі частотністю від десятків гігагерц до терагерц. Даний прилад з диференціальним опором негативного характеру носить назву приладу електронного переносу і являє собою варіант коливального контуру, сформований діодом Ганна і подається на нього постійною напругою зміщення (в зоні з негативним опором).
Рис 3 Генератор СВЧ на діодах Ганна
Принцип роботи діода Ганна
Важко не відзначити наскільки специфічний діод Ганна. Принцип роботи цього елемента наступний: умовно в діод Ганна є три енерго-області, причому 3-тя область спочатку пустує. Електрони, розташовані в області провідності і володіють вкрай малим питомим електричним опором, зміщуються до третьої області з огляду на те, що від напруги, прикладеного до діода вони починають розсіюватися. Рівень рухливості в третій області набагато нижче, ніж в зоні провідності.
[Idea] Якщо пряме напруга зростає, то ступінь напруженості поля також зростає, а значить відбувається зниження швидкості і збільшення ефективної маси електронів, що тягне за собою зменшення сили струму. Як наслідок, при збільшенні напруженості поля, відбувається зниження швидкості дрейфу. [/ Idea]
У катодному відділі формується домен сильного поля, що рухається в бік анодного відділу. Коли домен проникає в анод, відбувається його руйнування, а сила струму знову збільшується. Якщо постійне значення напруги буде підтримуватися і далі, цикл формування домену на катоді і його подальшого руйнування буде неодноразово повторюватися. Частотність циклів при цьому визначається по товщині напівпровідникового шару, збільшення товщини веде до зменшення частоти повторень.
При формуванні резонансної системи з використанням діодів Ганна може застосовуватися лінія передач наступних типів:
Проста з максимальним простором для перебудов механічного та електричного напрямки. Підходить для частотних модуляцій.
Може використовуватися як при сантиметрової, так і при міліметрової амплітуді хвилі. При цьому другий варіант навіть кращий.
Найбільшу перспективу представляють при використанні в бортових приладах, оскільки вони мають меншу вартість і вагу, а також демонструють високу ступінь надійності в порівнянні з конструкціями з об'ємними резонаторами. Хоча свідчення у потужності та ККД трохи поступаються.
сфери використання
Застосування діода Ганна особливо актуально в конструкції:
- Генератора Ганна, що створює в результаті частоти 5-35 гігагерц. Це необхідно для засобів забезпечують радіозв'язок, а також установок радіолокації військового і комерційного призначення.
- Датчика, використовуваного жд-сфері та створеного, щоб виявляти порушників. Це необхідно для забезпечення безпеки і мінімізації ризику краху залізничного транспорту.
- Генератора СВЧ формує частоти на рівні в кілька сотень гігагерц.
- Детектора, що забезпечує фіксацію вібраційного рівня на відстані, а також обертальної швидкості тахометра.
- Генератора надвисокочастотного струму імпульсного типу.
- СВЧ-передавача, малопотужного, формує СВЧ-радіохвилі.
- Датчиків, найрізноманітнішого призначення: відкриття дверей; охоронні прилади, розташовувані вздовж периметра; прилади, що забезпечують безпеку пішохідного руху; рівневі датчики; фіксатори рівня вологості. Напівпровідниковий діод Ганна придатний для створення приладів з найрізноманітнішими функціями.