Dioda Gunn adalah perangkat semikonduktor yang digunakan untuk menghasilkan sinyal gelombang mikro berdaya rendah dengan cara yang sederhana dan murah. Ini telah digunakan selama lebih dari 60 tahun sekarang. Dioda Gunn dapat bekerja dengan frekuensi mulai dari beberapa gigahertz hingga lebih dari 100 GHz. Ini pertama kali ditemukan oleh J. B. Gunn dari IBM pada awal 1960-an.
Saat ini, dioda Gunn digunakan secara komersial dalam berbagai aplikasi, termasuk jalur data gelombang mikro, radar FM dan CW berdaya rendah, alarm pencuri penyusup, dll. Di bawah parameter suhu dan tegangan yang stabil, sirkuit yang menggunakan dioda ini dapat menghasilkan 15 mW untuk 1 watt daya dan memiliki kebisingan rendah dan stabilitas frekuensi yang sangat baik. Dioda pistol sangat disukai oleh para penggemar untuk digunakan pada radio amatir yang beroperasi pada 10 GHz.
Konstruksi
Dioda Gunn dibuat dari sepotong silikon tipe-N. Ini dibagi menjadi tiga bagian utama, seperti yang terlihat pada Gambar. 1.
Bagian atas dan bawah perangkat mencakup bahan N+ yang telah didoping secara ekstensif, menghasilkan konduktivitas yang kuat untuk berinteraksi dengan parameter eksternal.
Sambungan kabel terpasang ke dasar konduktor tempat perangkat dipasang. Bagian dasar perangkat juga berfungsi sebagai heat sink untuk menyerap panas berlebih.
Tautan emas ditempatkan di permukaan atas yang terhubung dengan terminal berlawanan dioda. Untuk memastikan konduktivitas yang luar biasa dan stabilitas relatif, emas menjadi penting.
Wilayah aktif perangkat terletak di tengah, yang tidak terlalu banyak diolah dan memiliki konduktivitas yang lebih rendah. Ini umumnya sekitar 0,5 ohm per sentimeter kubik, yang menunjukkan bahwa hampir semua tegangan yang diterapkan di perangkat melewati lapisan dioda ini.
Ketebalan rata-rata lapisan aktif dioda adalah sepuluh mikron (0,001 cm). Ketebalannya jelas akan berbeda dari satu dioda ke yang lain karena ini terutama berdampak pada keseluruhan kerja dioda. Ini menyiratkan bahwa frekuensi operasi perangkat ini merupakan elemen penting dari lembar datanya.
Dioda Gunn memiliki desain yang unik karena seluruhnya terbuat dari bahan tipe-N dan tidak memiliki sambungan P-N. Intinya, ini bukan jenis dioda konvensional, melainkan berfungsi dengan prinsip yang sama sekali berbeda.
Cara Kerja Dioda Gunn
Meskipun kerja dioda Gunn tampak rumit, mungkin saja untuk memahaminya pada tingkat dasar.
Wilayah tengah aktif perangkat dikenai sebagian besar potensi yang diciptakan oleh tegangan yang diberikan. Daerah ini sangat tipis, dan bahkan sedikit pergeseran tegangan menunjukkan gradien potensial atau fluktuasi tegangan yang signifikan pada jarak tertentu.
Seperti diilustrasikan pada Gambar. 2, pulsa arus mulai mengalir melalui zona aktif ketika tegangan yang diterapkan di atasnya mencapai tingkat tertentu.
Akibatnya, gradien potensial daerah aktif lainnya berkurang, yang menghentikan pembangkitan pulsa arus tambahan. Hanya setelah pulsa arus melintasi ke ujung yang berlawanan dari zona aktif, gradien potensial tinggi kembali, memungkinkan pembangkitan pulsa arus lainnya.
Jika kurva tegangan dan arus diplot, dimungkinkan untuk melihat aktivitas pulsa arus yang aneh dari sudut yang berbeda.
Perbedaan antara Dioda Penyearah dan Dioda Gunn
- Kurva dioda penyearah konvensional dan dioda Gunn digambarkan dalam diagram pada Gambar 3 di atas.
- Arus dioda penyearah konvensional meningkat dengan tegangan, namun hubungan ini tidak selalu linier.
- Di sisi lain, arus dioda Gunn mulai naik dan, setelah mencapai tegangan tertentu, mulai turun sebelum naik lagi.
- Sifat osilasinya disebabkan oleh daerah di mana ia turun, yang disebut sebagai daerah 'resistansi negatif'.
Mengatur Frekuensi
Meskipun ketebalan daerah aktif menentukan frekuensi operasi umum, masih layak untuk mengubah frekuensi di rentang tertentu. Karena dioda Gunn adalah perangkat gelombang mikro, biasanya dipasang di rongga pemandu gelombang untuk menghasilkan rangkaian yang disetel. Frekuensi operasinya ditentukan oleh frekuensi resonansi seluruh rakitan.
Proses penyetelan dapat dilakukan dengan berbagai metode. Dengan memasukkan sekrup yang dapat disesuaikan ke dalam rongga pandu gelombang, perubahan mekanis dapat dilakukan, memungkinkan indikator penyetelan dasar.
Namun demikian, penyetelan listrik biasanya juga diperlukan, dan salah satu dari dua metode berbeda dapat digunakan. Metode pertama melibatkan penyambungan dioda varactor ke dalam rangkaian osilator Gunn.
Ketika tegangan pada dioda varactor diubah, kapasitansi berubah, menyebabkan frekuensi di mana seluruh rangkaian beresonansi berubah.
Meskipun pendekatan ini murah dan mudah digunakan, pendekatan ini memiliki banyak kelemahan. Pertama, ia memiliki jangkauan operasi yang terbatas. Kedua, teknik ini menghasilkan banyak fase noise, yang mungkin tidak sesuai untuk banyak aplikasi.
Menggunakan YIG untuk Penyesuaian Frekuensi yang Efektif
Menggunakan bahan YIG tampaknya menjadi teknik penyetelan yang lebih efektif. Ini menggabungkan Yttrium Iron Garnet, zat feromagnetik.
Ketika dioda Gunn dan YIG dimasukkan ke dalam rongga, ukuran efektif rongga berkurang. Sebuah kumparan diposisikan di luar pandu gelombang untuk melakukan ini.
Ketika arus mengalir melalui koil, ia memiliki efek memperluas volume magnetik YIG dan mengecilkan dimensi listrik rongga. Akibatnya, frekuensi operasi meningkat. Kebisingan fase berkurang secara signifikan dengan penyetelan YIG, dan rentang frekuensi yang besar dapat dicapai.
Menggunakan Gunnplexer Untuk Radio Amatir
Osilator dioda Gunn adalah komponen transceiver komersial yang ditawarkan oleh Advanced Receiver Research untuk penggunaan radio amatir. Perangkat, disebut sebagai 'Gunnplexer,' digunakan untuk menghasilkan dan mengubah sinyal amatir nominal dari 10 GHz ke pita amatir pada 2 meter (144 MHz), atau frekuensi menengah yang lebih rendah (IFs).
Gunnplexer terdiri dari dioda Gunn yang terpasang pada antena tanduk persegi panjang gain tinggi bersama dengan dioda mixer Schottky yang tertutup di dalam rongga 10 GHz.
Variasi frekuensi hingga 60 MHz dari frekuensi resonansi normal dapat dicapai dengan menggunakan penyetelan varactor. Dioda Gunn beroperasi sebagai pemancar dan osilator lokal untuk IF 2 meter yang dikonversi ke bawah.
