الصمام الثنائي عبارة عن شبه موصل ذو طرفين مكون إلكتروني التي تظهر خصائص الجهد الحالي غير الخطي. يسمح للتيار في اتجاه واحد تكون فيه مقاومته منخفضة جدًا (مقاومة صفر تقريبًا) أثناء التحيز الأمامي. وبالمثل ، في الاتجاه الآخر ، لا يسمح بتدفق التيار - لأنه يوفر مقاومة عالية جدًا (تعمل المقاومة اللانهائية كدائرة مفتوحة) أثناء التحيز العكسي.

غون ديود

ال تصنف الثنائيات إلى أنواع مختلفة بناءً على مبادئ وخصائص عملهم. وتشمل هذه الصمام الثنائي العام ، الصمام الثنائي Schotty ، الصمام الثنائي Shockley ، الصمام الثنائي الحالي المستمر ، الصمام الثنائي زينر ، الصمام الثنائي الباعث للضوء ، الصمام الثنائي الضوئي ، الصمام الثنائي النفقي ، فاراكتور ، الأنبوب الفراغي ، الصمام الثنائي الليزري ، الصمام الثنائي PIN ، الصمام الثنائي بلتيير ، الصمام الثنائي Gunn ، وما إلى ذلك. في حالة خاصة ، تناقش هذه المقالة حول عمل وخصائص وتطبيقات Gunn diode.

ما هو غان ديود؟

يعتبر Gunn Diode نوعًا من الصمامات الثنائية على الرغم من أنه لا يحتوي على أي تقاطع نموذجي من الصمام الثنائي PN مثل الثنائيات الأخرى ، ولكنه يتكون من قطبين. يُطلق على هذا الصمام الثنائي أيضًا اسم جهاز إلكتروني محوّل. هذا الصمام الثنائي هو جهاز مقاومة تفاضلية سالب ، والذي يستخدم بشكل متكرر كمذبذب منخفض الطاقة لتوليد أفران ميكروويف . يتكون من أشباه الموصلات من النوع N فقط حيث تكون الإلكترونات هي حاملات الشحنة. لتوليد موجات راديو قصيرة مثل الموجات الدقيقة ، فإنه يستخدم تأثير Gunn.

هيكل غون ديود

المنطقة المركزية الموضحة في الشكل هي منطقة نشطة ، وهي مخدرة بشكل صحيح من النوع N-GaAs وطبقة فوقية بسمك حوالي 8 إلى 10 ميكرومتر. المنطقة النشطة محصورة بين منطقتين لهما جهات اتصال أومية. يتم توفير المشتت الحراري لتجنب ارتفاع درجة الحرارة وفشل الصمام الثنائي السابق لأوانه وللحفاظ على الحدود الحرارية.

“نوع مختلف من مفاتيح الإضاءة ”

لبناء هذه الثنائيات ، يتم استخدام المواد من النوع N فقط ، وهذا يرجع إلى تأثير الإلكترون المنقول المطبق فقط على المواد من النوع N ولا ينطبق على المواد من النوع P. يمكن أن يختلف التردد عن طريق تغيير سمك الطبقة النشطة أثناء تناول المنشطات.

تأثير Gunn

تم اختراعه بواسطة John Battiscombe Gunn في الستينيات بعد تجاربه على GaAs (Gallium Arsenide) ، ولاحظ ضجيجًا في نتائج تجاربه ويعود ذلك إلى توليد التذبذبات الكهربائية عند ترددات الميكروويف بواسطة مجال كهربائي ثابت بحجم أكبر من قيمة العتبة. تم تسميته باسم Gunn Effect بعد أن اكتشفه John Battiscombe Gunn.

يمكن تعريف تأثير Gunn على أنه توليد طاقة ميكروويف (طاقة بترددات ميكروويف تبلغ حوالي بضعة جيجاهرتز) عندما يتجاوز الجهد المطبق على جهاز أشباه الموصلات قيمة الجهد الحرج أو قيمة عتبة الجهد.

مذبذب الصمام الثنائي Gunn

تستخدم الثنائيات Gunn لبناء مذبذبات لتوليد الموجات الدقيقة بترددات تتراوح من 10 جيجاهرتز إلى THz. إنه جهاز مقاومة تفاضلية سالبة - يسمى أيضًا بالنقل مذبذب جهاز الإلكترون - وهي دائرة مضبوطة تتكون من صمام ثنائي Gunn مع جهد متحيز DC مطبق عليها. ويطلق على هذا تحيز الصمام الثنائي في منطقة المقاومة السلبية.

نتيجة لذلك ، تصبح المقاومة التفاضلية الإجمالية للدائرة صفراً حيث تلغي المقاومة السلبية للديود مع المقاومة الإيجابية للدائرة مما يؤدي إلى توليد التذبذبات.

“كيفية صنع جهاز استقبال لاسلكي ”

العمل Gunn Diode

يتكون هذا الصمام الثنائي من قطعة واحدة من N- نوع أشباه الموصلات مثل زرنيخيد الغاليوم و InP (فوسفيد الإنديوم). تحتوي GaAs وبعض مواد أشباه الموصلات الأخرى على نطاق طاقة إضافي واحد في هيكل النطاق الإلكتروني الخاص بها بدلاً من وجود نطاقي طاقة فقط ، بمعنى. شريط التكافؤ وشريط التوصيل مثل مواد أشباه الموصلات العادية. تتكون هذه الأحماض وبعض مواد أشباه الموصلات الأخرى من ثلاثة نطاقات طاقة ، وهذا النطاق الثالث الإضافي فارغ في المرحلة الأولية.

إذا تم تطبيق جهد على هذا الجهاز ، فسيظهر معظم الجهد المطبق عبر المنطقة النشطة. يتم نقل الإلكترونات من نطاق التوصيل التي لها مقاومة كهربائية ضئيلة إلى النطاق الثالث لأن هذه الإلكترونات مبعثرة بواسطة الجهد المطبق. النطاق الثالث من GaAs لديه قابلية تنقل أقل من نطاق التوصيل.

لهذا السبب ، تؤدي الزيادة في الجهد الأمامي إلى زيادة شدة المجال (لقوى المجال حيث يكون الجهد المطبق أكبر من قيمة عتبة الجهد) ، ثم عدد الإلكترونات التي تصل إلى الحالة التي تزداد فيها الكتلة الفعالة عن طريق خفض سرعتها وبالتالي ، فإن التيار سينخفض.

وبالتالي ، إذا زادت شدة المجال ، فإن سرعة الانجراف ستنخفض وهذا يخلق منطقة مقاومة متزايدة سلبية في علاقة V-I. وبالتالي ، فإن زيادة الجهد ستزيد المقاومة عن طريق إنشاء شريحة عند الكاثود وتصل إلى القطب الموجب. ولكن للحفاظ على جهد ثابت ، يتم إنشاء شريحة جديدة عند الكاثود. وبالمثل ، إذا انخفض الجهد ، ستنخفض المقاومة بإطفاء أي شريحة موجودة.

خصائص Gunn Diode

خصائص غون ديود

تظهر خصائص العلاقة بين التيار والجهد لصمام ثنائي Gunn في الرسم البياني أعلاه بمنطقة المقاومة السلبية. هذه الخصائص مشابهة لخصائص الصمام الثنائي النفق.

كما هو موضح في الرسم البياني أعلاه ، يبدأ التيار في الزيادة في هذا الصمام الثنائي مبدئيًا ، ولكن بعد الوصول إلى مستوى جهد معين (عند قيمة جهد محددة تسمى قيمة عتبة الجهد) ، ينخفض التيار قبل أن يزداد مرة أخرى. يُطلق على المنطقة التي ينخفض فيها التيار منطقة مقاومة سلبية ، ونتيجة لذلك تتأرجح. في منطقة المقاومة السلبية هذه ، يعمل هذا الصمام الثنائي كمذبذب ومضخم ، كما هو الحال في هذه المنطقة ، يتم تمكين الصمام الثنائي لتضخيم الإشارات.

تطبيقات Gunn Diode

تطبيقات غان ديود

“التيار المتردد على دائرة حماية الجهد ”

تستخدم كمذبذبات Gunn لتوليد ترددات تتراوح من 100 ميجاوات 5 جيجا هرتز إلى 1 واط 35 جيجا هرتز. تستخدم مذبذبات Gunn ل الاتصالات اللاسلكية ومصادر الرادار العسكرية والتجارية.
تستخدم كمستشعرات للكشف عن المتسللين لتجنب انحراف القطارات.
تستخدم كمولدات ميكروويف فعالة ذات نطاق تردد يصل إلى مئات الجيجاهرتز.
تستخدم لكاشفات الاهتزاز عن بعد وقياس سرعة الدوران مقياس سرعة الدوران .
يستخدم كمولد تيار الميكروويف (مولد الصمام الثنائي النبضي Gunn).
تستخدم في أجهزة إرسال الميكروويف لتوليد موجات راديو ميكروويف بقدرة منخفضة للغاية.
تستخدم كمكونات تحكم سريعة في الإلكترونيات الدقيقة مثل تعديل ليزر حقن أشباه الموصلات.
تستخدم كتطبيقات لموجة المليمترات الفرعية بضرب تردد مذبذب Gunn بتردد الصمام الثنائي.
تشمل بعض التطبيقات الأخرى مستشعرات فتح الباب ، وأجهزة التحكم في العمليات ، وتشغيل الحاجز ، وحماية المحيط ، وأنظمة سلامة المشاة ، ومؤشرات المسافة الخطية ، وأجهزة استشعار المستوى ، وقياس محتوى الرطوبة وإنذارات الدخلاء.

نأمل أن تكون لديك فكرة عن الصمام الثنائي Gunn ، وخصائص Gunn diode ، و Gunn Effect ، ومذبذب Gunn diode وعمله مع التطبيقات باختصار. لمزيد من المعلومات حول الثنائيات Gunn ، يرجى نشر استفساراتك من خلال التعليق أدناه.

اعتمادات الصورة: