गन डायोड क्या है? यह काम किस प्रकार करता है?

गन डायोड अर्धचालक उपकरण हैं जिनका उपयोग कम-शक्ति वाले माइक्रोवेव सिग्नल को सरल और कम लागत वाले तरीके से उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। ये अब 60 से अधिक वर्षों से उपयोग में हैं। गन डायोड कुछ गीगाहर्ट्ज़ से लेकर 100 गीगाहर्ट्ज़ तक की आवृत्तियों के साथ काम कर सकता है। इसकी खोज पहली बार 1960 के दशक की शुरुआत में IBM के J. B. Gunn ने की थी।

आज, गन डायोड का व्यापक रूप से अनुप्रयोगों में उपयोग किया जा रहा है, जिसमें माइक्रोवेव डेटा लाइन, कम-शक्ति वाले एफएम और सीडब्ल्यू रडार, घुसपैठिए बर्गलर अलार्म आदि शामिल हैं। स्थिर तापमान और वोल्टेज मापदंडों के तहत, इन डायोड का उपयोग करने वाले सर्किट 15 मेगावाट उत्पन्न कर सकते हैं। 1 वाट की शक्ति और कम शोर और उत्कृष्ट आवृत्ति स्थिरता है। गन डायोड विशेष रूप से उत्साही लोगों द्वारा 10 गीगाहर्ट्ज़ पर संचालित शौकिया रेडियो में उपयोग के लिए पसंद किए जाते हैं।

निर्माण

एक गन डायोड एन-टाइप सिलिकॉन के एक टुकड़े से निर्मित होता है। इसे तीन प्राथमिक खंडों में विभाजित किया गया है, जैसा कि चित्र 1 में देखा गया है।

डिवाइस के ऊपर और नीचे के क्षेत्रों में एन + सामग्री शामिल है जिसे बड़े पैमाने पर डोप किया गया है, जिसके परिणामस्वरूप बाहरी मापदंडों के साथ इंटरफेसिंग के लिए मजबूत चालकता है।

एक तार कनेक्शन कंडक्टिंग बेस से जुड़ा होता है जिस पर डिवाइस स्थापित होता है। डिवाइस का आधार अतिरिक्त गर्मी को अवशोषित करने के लिए हीट सिंक के रूप में भी काम करता है।

शीर्ष सतह पर एक सोने की कड़ी रखी जाती है जो डायोड के विपरीत टर्मिनल से जुड़ती है। असाधारण चालकता और सापेक्ष स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए सोना आवश्यक हो जाता है।

डिवाइस का सक्रिय क्षेत्र बीच में स्थित है, जो कम व्यापक रूप से डोप किया गया है और इसमें कम चालकता है। यह आम तौर पर लगभग 0.5 ओम प्रति घन सेंटीमीटर होता है, जो इंगित करता है कि डिवाइस पर लागू लगभग सभी वोल्टेज डायोड की इस परत से होकर गुजरता है।

डायोड की सक्रिय परत की औसत मोटाई दस माइक्रोन (0.001 सेमी) है। इसकी मोटाई स्पष्ट रूप से एक डायोड से दूसरे डायोड में भिन्न होगी क्योंकि यह मुख्य रूप से डायोड के समग्र कार्य को प्रभावित करती है। इसका तात्पर्य यह है कि इस उपकरण की ऑपरेटिंग आवृत्ति इसकी डेटाशीट का एक महत्वपूर्ण तत्व है।

गन डायोड की एक अनूठी डिजाइन है क्योंकि यह पूरी तरह से एन-टाइप सामग्री से बना है और इसमें पी-एन जंक्शन नहीं है। संक्षेप में, यह एक पारंपरिक प्रकार का डायोड नहीं है, बल्कि पूरी तरह से अलग सिद्धांतों पर कार्य करता है।

गन डायोड कैसे काम करता है

हालांकि एक गन डायोड का कार्य जटिल लग सकता है, इसे मौलिक स्तर पर समझना संभव हो सकता है।

डिवाइस का सक्रिय केंद्र क्षेत्र एक लागू वोल्टेज द्वारा बनाई गई अधिकांश क्षमता के अधीन है। यह क्षेत्र बेहद पतला है, और यहां तक ​​​​कि थोड़ी सी वोल्टेज शिफ्ट भी एक निश्चित दूरी पर एक महत्वपूर्ण संभावित ढाल या वोल्टेज में उतार-चढ़ाव दिखाती है।

जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है, सक्रिय क्षेत्र के माध्यम से एक वर्तमान नाड़ी प्रवाह शुरू हो जाती है जब उस पर लागू वोल्टेज एक विशिष्ट स्तर तक पहुंच जाता है।

नतीजतन, बाकी सक्रिय क्षेत्र की संभावित ढाल कम हो जाती है, जो अतिरिक्त वर्तमान दालों की पीढ़ी को रोकता है। वर्तमान नाड़ी सक्रिय क्षेत्र के विपरीत छोर तक पार करने के बाद ही उच्च संभावित ढाल वापस आती है, जिससे एक और वर्तमान नाड़ी उत्पन्न होती है।

यदि वोल्टेज और करंट वक्र को प्लॉट किया जाता है, तो एक अलग कोण से अजीबोगरीब वर्तमान पल्स गतिविधि को देखना संभव है।

रेक्टिफायर डायोड और गन डायोड के बीच अंतर

• एक पारंपरिक दिष्टकारी डायोड और एक गन डायोड के वक्रों को ऊपर चित्र 3 में चित्र में दर्शाया गया है।
• एक पारंपरिक दिष्टकारी डायोड की धारा वोल्टेज के साथ बढ़ती है, हालांकि यह संबंध हमेशा रैखिक नहीं होता है।
• दूसरी ओर, एक गन डायोड का करंट बढ़ना शुरू हो जाता है और एक विशिष्ट वोल्टेज तक पहुँचने के बाद, एक बार फिर बढ़ने से पहले गिरना शुरू हो जाता है।
• इसके दोलन गुण इस क्षेत्र के कारण होते हैं जहां यह गिरता है, जिसे 'नकारात्मक प्रतिरोध' क्षेत्र कहा जाता है।

आवृत्ति सेट करना

यद्यपि सक्रिय क्षेत्र की मोटाई सामान्य परिचालन आवृत्ति को निर्धारित करती है, फिर भी एक विशिष्ट सीमा में आवृत्ति को बदलना संभव है। चूंकि गन डायोड एक माइक्रोवेव डिवाइस है, इसलिए इसे ट्यूनेड सर्किट बनाने के लिए आमतौर पर वेव-गाइड कैविटी में स्थापित किया जाता है। इसके संचालन की आवृत्ति पूरे विधानसभा की गुंजयमान आवृत्ति से निर्धारित होती है।

ट्यूनिंग प्रक्रिया को विभिन्न तरीकों से पूरा किया जा सकता है। वेवगाइड गुहा में एक समायोज्य पेंच डालने से, एक बुनियादी ट्यूनिंग संकेतक को सक्षम करते हुए, यांत्रिक परिवर्तन किए जा सकते हैं।

फिर भी, विद्युत ट्यूनिंग आमतौर पर भी आवश्यक है, और दो अलग-अलग तरीकों में से एक का उपयोग किया जा सकता है। पहली विधि में गन थरथरानवाला सर्किट में एक वैक्टर डायोड को जोड़ना शामिल है।

जब वैक्टर डायोड पर वोल्टेज बदल जाता है, तो समाई बदल जाती है, जिससे आवृत्ति बदल जाती है जिस पर पूरा सर्किट बदल जाता है।

हालांकि यह तरीका सस्ता और उपयोग में आसान है, लेकिन इसमें कई कमियां हैं। सबसे पहले, इसकी एक सीमित ऑपरेटिंग रेंज है। दूसरे, यह तकनीक बहुत अधिक चरण शोर उत्पन्न करती है, जो कई अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं हो सकती है।

प्रभावी आवृत्ति समायोजन के लिए YIG का उपयोग करना

YIG सामग्री का उपयोग करना अधिक प्रभावी ट्यूनिंग तकनीक प्रतीत होता है। इसमें फेरोमैग्नेटिक पदार्थ येट्रियम आयरन गार्नेट शामिल है।

जब गन डायोड और YIG को कैविटी में डाला जाता है, तो कैविटी का प्रभावी आकार कम हो जाता है। ऐसा करने के लिए वेवगाइड के बाहर एक कॉइल लगाई जाती है।

जब कॉइल से करंट प्रवाहित होता है, तो इसका YIG के चुंबकीय आयतन के विस्तार और गुहा के विद्युत आयाम को अनुबंधित करने का प्रभाव होता है। नतीजतन, ऑपरेशन की आवृत्ति बढ़ जाती है। YIG ट्यूनिंग के साथ चरण शोर काफी कम हो जाता है, और एक बड़ी आवृत्ति रेंज प्राप्त की जा सकती है।

शौकिया रेडियो के लिए गनप्लेक्सर का उपयोग करना

गन डायोड थरथरानवाला शौकिया रेडियो उपयोग के लिए उन्नत रिसीवर अनुसंधान द्वारा पेश किए गए एक वाणिज्यिक ट्रांसीवर का एक घटक है। डिवाइस, जिसे 'गनप्लेक्सर' कहा जाता है, का उपयोग नाममात्र शौकिया संकेतों को 10 गीगाहर्ट्ज़ से 2 मीटर (144 मेगाहर्ट्ज), या अन्य निचले मध्यवर्ती आवृत्तियों (आईएफ) पर शौकिया बैंड में उत्पादन और डाउन-कन्वर्ट करने के लिए किया जाता है।

गनप्लेक्सर में एक गन डायोड होता है जो एक उच्च लाभ आयताकार हॉर्न एंटीना से जुड़ा होता है, साथ में शोट्की मिक्सर डायोड एक 10 गीगाहर्ट्ज़ गुहा के अंदर संलग्न होता है।

सामान्य अनुनाद आवृत्ति से 60 मेगाहर्ट्ज तक की आवृत्ति भिन्नताएं वैराक्टर ट्यूनिंग का उपयोग करके प्राप्त की जा सकती हैं। गन डायोड डाउन-कन्वर्टेड 2-मीटर IF के लिए एक ट्रांसमीटर और एक स्थानीय ऑसिलेटर दोनों के रूप में कार्य करता है।