గన్ డయోడ్ అంటే ఏమిటి? అది ఎలా పని చేస్తుంది?

గన్ డయోడ్‌లు తక్కువ-శక్తి మైక్రోవేవ్ సిగ్నల్‌లను సరళమైన మరియు తక్కువ-ధర పద్ధతిలో ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగించే సెమీకండక్టర్ పరికరాలు. ఇవి 60 ఏళ్లకు పైగా వాడుకలో ఉన్నాయి. గన్ డయోడ్‌లు కొన్ని గిగాహెర్ట్జ్ నుండి 100 GHz వరకు ఉండే ఫ్రీక్వెన్సీలతో పని చేయగలవు. దీనిని 1960ల ప్రారంభంలో IBMకి చెందిన J. B. గన్ కనుగొన్నారు.

నేడు, గన్ డయోడ్‌లు మైక్రోవేవ్ డేటా లైన్‌లు, తక్కువ-పవర్ కలిగిన FM మరియు CW రాడార్, ఇంట్రూడర్ బర్గ్‌లర్ అలారాలు మొదలైన అనేక రకాల అప్లికేషన్‌లలో వాణిజ్యపరంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. స్థిరమైన ఉష్ణోగ్రత మరియు వోల్టేజ్ పారామితులలో, ఈ డయోడ్‌లను ఉపయోగించే సర్క్యూట్‌లు 15 mW వరకు ఉత్పత్తి చేయగలవు. 1 వాట్ పవర్ మరియు తక్కువ శబ్దం మరియు అద్భుతమైన ఫ్రీక్వెన్సీ స్థిరత్వం. గన్ డయోడ్‌లు  ముఖ్యంగా 10 GHzతో పనిచేసే ఔత్సాహిక రేడియోలలో ఉపయోగించడానికి ఔత్సాహికులు బాగా ఇష్టపడతారు.

నిర్మాణం

గన్ డయోడ్ N-రకం సిలికాన్ యొక్క ఒక ముక్క నుండి తయారు చేయబడుతుంది. ఇది అంజీర్ 1లో చూసినట్లుగా మూడు ప్రాథమిక విభాగాలుగా విభజించబడింది.

పరికరం యొక్క ఎగువ మరియు దిగువ ప్రాంతాలు విస్తృతంగా డోప్ చేయబడిన N+ మెటీరియల్‌ని కలిగి ఉంటాయి, ఫలితంగా బాహ్య పారామితులతో ఇంటర్‌ఫేసింగ్ కోసం బలమైన వాహకత ఏర్పడుతుంది.

పరికరం ఇన్‌స్టాల్ చేయబడిన కండక్టింగ్ బేస్‌కు వైర్ కనెక్షన్ జోడించబడింది. పరికరం యొక్క ఆధారం అదనపు వేడిని గ్రహించడానికి హీట్ సింక్‌గా కూడా పనిచేస్తుంది.

డయోడ్ యొక్క వ్యతిరేక టెర్మినల్‌తో అనుసంధానించే పై ఉపరితలంపై బంగారు లింక్ ఉంచబడుతుంది. అసాధారణమైన వాహకత మరియు సాపేక్ష స్థిరత్వాన్ని నిర్ధారించడానికి, బంగారం అవసరం అవుతుంది.

పరికరం యొక్క క్రియాశీల ప్రాంతం మధ్యలో ఉంది, ఇది తక్కువ విస్తృతంగా డోప్ చేయబడింది మరియు తక్కువ వాహకతను కలిగి ఉంటుంది. ఇది సాధారణంగా క్యూబిక్ సెంటీమీటర్‌కు 0.5 ఓం, ఇది పరికరం అంతటా వర్తించే దాదాపు మొత్తం వోల్టేజ్ డయోడ్ యొక్క ఈ పొర గుండా వెళుతుందని సూచిస్తుంది.

డయోడ్ యొక్క క్రియాశీల పొర యొక్క సగటు మందం పది మైక్రాన్లు (0.001 సెం.మీ.). దీని మందం స్పష్టంగా ఒక డయోడ్ నుండి మరొకదానికి భిన్నంగా ఉంటుంది ఎందుకంటే ఇది ప్రధానంగా డయోడ్ యొక్క మొత్తం పనిని ప్రభావితం చేస్తుంది. ఈ పరికరం యొక్క ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ దాని డేటాషీట్‌లో కీలకమైన అంశం అని ఇది సూచిస్తుంది.

గన్ డయోడ్ ఒక ప్రత్యేకమైన డిజైన్‌ను కలిగి ఉంది ఎందుకంటే ఇది పూర్తిగా N-రకం మెటీరియల్‌తో తయారు చేయబడింది మరియు P-N జంక్షన్ లేదు. సారాంశంలో, ఇది డయోడ్ యొక్క సంప్రదాయ రకం కాదు, పూర్తిగా భిన్నమైన సూత్రాలపై పనిచేస్తుంది.

గన్ డయోడ్ ఎలా పనిచేస్తుంది

గన్ డయోడ్ యొక్క పని సంక్లిష్టంగా అనిపించినప్పటికీ, దానిని ప్రాథమిక స్థాయిలో అర్థం చేసుకోవడం సాధ్యమవుతుంది.

పరికరం యొక్క క్రియాశీల కేంద్ర ప్రాంతం అనువర్తిత వోల్టేజ్ ద్వారా సృష్టించబడిన సంభావ్యతలో ఎక్కువ భాగం లోబడి ఉంటుంది. ఈ ప్రాంతం చాలా సన్నగా ఉంటుంది మరియు కొంచెం వోల్టేజ్ షిఫ్ట్ కూడా నిర్దిష్ట దూరం కంటే గణనీయమైన సంభావ్య ప్రవణత లేదా వోల్టేజ్ హెచ్చుతగ్గులను చూపుతుంది.

అంజీర్ 2లో ఉదహరించబడినట్లుగా, ప్రస్తుత పల్స్ దాని అంతటా వర్తించే వోల్టేజ్ నిర్దిష్ట స్థాయికి చేరుకున్నప్పుడు క్రియాశీల జోన్ ద్వారా ప్రవహించడం ప్రారంభమవుతుంది.

ఫలితంగా, క్రియాశీల ప్రాంతం యొక్క మిగిలిన సంభావ్య ప్రవణత తగ్గుతుంది, ఇది అదనపు ప్రస్తుత పప్పుల ఉత్పత్తిని నిలిపివేస్తుంది. ప్రస్తుత పల్స్ యాక్టివ్ జోన్ యొక్క వ్యతిరేక చివరను దాటిన తర్వాత మాత్రమే అధిక సంభావ్య ప్రవణత తిరిగి వస్తుంది, ఇది మరొక కరెంట్ పల్స్ ఉత్పత్తిని అనుమతిస్తుంది.

వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్ వక్రరేఖను రూపొందించినట్లయితే, విచిత్రమైన ప్రస్తుత పల్స్ కార్యాచరణను వేరే కోణం నుండి చూడటం సాధ్యమవుతుంది.

రెక్టిఫైయర్ డయోడ్ మరియు గన్ డయోడ్ మధ్య వ్యత్యాసం

• సాంప్రదాయ రెక్టిఫైయర్ డయోడ్ మరియు గన్ డయోడ్ యొక్క వక్రతలు పై మూర్తి 3లోని రేఖాచిత్రంలో వర్ణించబడ్డాయి.
• సాంప్రదాయ రెక్టిఫైయర్ డయోడ్ యొక్క కరెంట్ వోల్టేజ్‌తో పెరుగుతుంది, అయితే ఈ సంబంధం ఎల్లప్పుడూ సరళంగా ఉండదు.
• మరోవైపు, గన్ డయోడ్ యొక్క కరెంట్ పెరగడం ప్రారంభమవుతుంది మరియు నిర్దిష్ట వోల్టేజ్‌ని చేరుకున్న తర్వాత, మరోసారి పెరగడానికి ముందు పడిపోవడం ప్రారంభమవుతుంది.
• దాని డోలనం లక్షణాలు ఈ ప్రాంతం వల్ల పడిపోతాయి, దీనిని 'ప్రతికూల ప్రతిఘటన' ప్రాంతంగా సూచిస్తారు.

ఫ్రీక్వెన్సీని సెట్ చేస్తోంది

క్రియాశీల ప్రాంతం యొక్క మందం సాధారణ ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీని నిర్ణయించినప్పటికీ, నిర్దిష్ట పరిధిలో ఫ్రీక్వెన్సీని మార్చడం ఇప్పటికీ సాధ్యమే. గన్ డయోడ్ మైక్రోవేవ్ పరికరం కాబట్టి, ట్యూన్డ్ సర్క్యూట్‌ను రూపొందించడానికి ఇది సాధారణంగా వేవ్-గైడ్ కేవిటీలో ఇన్‌స్టాల్ చేయబడుతుంది. దాని ఆపరేషన్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ మొత్తం అసెంబ్లీ యొక్క ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది.

ట్యూనింగ్ ప్రక్రియను వివిధ పద్ధతులలో సాధించవచ్చు. వేవ్‌గైడ్ కుహరంలోకి సర్దుబాటు చేయగల స్క్రూను చొప్పించడం ద్వారా, ప్రాథమిక ట్యూనింగ్ సూచికను ప్రారంభించడం ద్వారా యాంత్రిక మార్పులు చేయవచ్చు.

అయినప్పటికీ, ఎలక్ట్రికల్ ట్యూనింగ్ సాధారణంగా అవసరం, మరియు రెండు వేర్వేరు పద్ధతుల్లో ఒకదాన్ని ఉపయోగించవచ్చు. మొదటి పద్ధతిలో  గన్ ఓసిలేటర్ సర్క్యూట్‌లోకి వరాక్టర్ డయోడ్‌ను కలపడం ఉంటుంది.

వరాక్టర్ డయోడ్‌పై వోల్టేజ్ మారినప్పుడు, కెపాసిటెన్స్ మారుతుంది, దీని వలన మొత్తం సర్క్యూట్ ప్రతిధ్వనించే ఫ్రీక్వెన్సీ మారుతుంది.

ఈ విధానం చవకైనది మరియు ఉపయోగించడానికి సులభమైనది అయినప్పటికీ, దీనికి అనేక లోపాలు ఉన్నాయి. మొదట, ఇది పరిమిత ఆపరేటింగ్ పరిధిని కలిగి ఉంది. రెండవది, ఈ సాంకేతికత చాలా దశల శబ్దాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది చాలా అనువర్తనాలకు తగినది కాదు.

ఎఫెక్టివ్ ఫ్రీక్వెన్సీ అడ్జస్ట్‌మెంట్ కోసం YIGని ఉపయోగించడం

YIG మెటీరియల్‌ని ఉపయోగించడం మరింత ప్రభావవంతమైన ట్యూనింగ్ టెక్నిక్‌గా కనిపిస్తుంది. ఇది ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థమైన యట్రియం ఐరన్ గార్నెట్‌ను కలిగి ఉంటుంది.

గన్ డయోడ్ మరియు YIG కుహరంలోకి చొప్పించబడినప్పుడు, కుహరం యొక్క ప్రభావవంతమైన పరిమాణం తగ్గుతుంది. దీన్ని చేయడానికి వేవ్‌గైడ్ వెలుపల ఒక కాయిల్ ఉంచబడుతుంది.

కాయిల్ ద్వారా కరెంట్ ప్రవహించినప్పుడు, అది YIG యొక్క అయస్కాంత పరిమాణాన్ని విస్తరించడం మరియు కుహరం యొక్క విద్యుత్ పరిమాణాన్ని కుదించడం వంటి ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఫలితంగా, ఆపరేషన్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ పెరుగుతుంది. YIG ట్యూనింగ్‌తో ఫేజ్ నాయిస్ గణనీయంగా తగ్గుతుంది మరియు పెద్ద ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిని సాధించవచ్చు.

అమెచ్యూర్ రేడియో కోసం గన్‌ప్లెక్సర్‌ని ఉపయోగించడం

గన్ డయోడ్ ఓసిలేటర్ అనేది ఔత్సాహిక రేడియో వినియోగం కోసం అడ్వాన్స్‌డ్ రిసీవర్ రీసెర్చ్ అందించే వాణిజ్య ట్రాన్స్‌సీవర్‌లో ఒక భాగం. 'గన్‌ప్లెక్సర్'గా సూచించబడే పరికరం, నామమాత్రపు అమెచ్యూర్ సిగ్నల్‌లను 10 GHz నుండి ఔత్సాహిక బ్యాండ్‌కు 2 మీటర్లు (144 MHz) లేదా ఇతర తక్కువ ఇంటర్మీడియట్ ఫ్రీక్వెన్సీలు (IFలు) ఉత్పత్తి చేయడానికి మరియు డౌన్-కన్వర్ట్ చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.

గన్‌ప్లెక్సర్‌లో 10 GHz కుహరం లోపల ఉన్న షాట్కీ మిక్సర్ డయోడ్‌లతో పాటు అధిక లాభం కలిగిన దీర్ఘచతురస్రాకార హార్న్ యాంటెన్నాకు జోడించబడిన గన్ డయోడ్ ఉంటుంది.

సాధారణ ప్రతిధ్వని పౌనఃపున్యం నుండి 60 MHz వరకు ఫ్రీక్వెన్సీ వైవిధ్యాలను varactor ట్యూనింగ్ ఉపయోగించి సాధించవచ్చు. గన్ డయోడ్ డౌన్-కన్వర్టెడ్ 2-మీటర్ IF కోసం ట్రాన్స్‌మిటర్ మరియు లోకల్ ఓసిలేటర్‌గా పనిచేస్తుంది.