¿Qué es un Diodos Gunn?
Un diodo Gunn es un tipo de diodo utilizado en osciladores de banda de microondas.
Se trata de un diodo que utiliza el efecto Gunn. Se utiliza principalmente el arseniuro de galio (GaAs) de tipo N. El físico J. B. Gunn descubrió que cuando se aplica un campo eléctrico de corriente continua a un cristal de GaAs y se supera un determinado valor umbral, se produce una oscilación en la región de microondas. Por esta razón, este fenómeno se conoce como efecto Gunn.
Los diodos Gunn tienen una región de resistencia negativa, y este efecto se utiliza en los osciladores de microondas. En este caso, la resistencia negativa es una propiedad eléctrica en la que la corriente disminuye al aumentar la tensión.
Usos de los Diodos Gunn
Los diodos Gunn se utilizan comúnmente para aplicaciones de radar oscilador en la región de microondas utilizando el efecto Gunn.
Cuando se monta un Diodo Gunn en una cavidad o guía de ondas y se le aplica una tensión continua, oscila con una oscilación intrínseca que depende del grosor del cristal. La estructura es relativamente sencilla, pero la estabilidad de frecuencia no es tan buena como la de los sistemas normales de control por microondas controlados por un VCO o PLL, por lo que suele utilizarse para sensores de velocidad que utilizan el efecto Doppler además de las comunicaciones.
Las aplicaciones más conocidas son las pistolas de velocidad para el béisbol y los radares para el control de la velocidad.
Principio de los Diodos Gunn
Los Diodos Gunn utilizan el fenómeno de oscilación de banda de microondas que se produce en los cristales semiconductores con dos bandas de energía cuando los electrones experimentan una transición rápida a una banda con un nivel de energía superior cuando se aplica una tensión superior al campo eléctrico crítico.
Cuando se aplica tensión, fluye una corriente eléctrica, y los electrones responsables de esta corriente son los de la banda de conducción. Normalmente, hay más electrones en la banda de conducción con menor energía en la parte inferior. A medida que aumenta la tensión, también hay electrones en la banda de conducción con mayor energía. Cuando se supera un determinado voltaje, los electrones de la banda de conducción de nivel inferior se desplazan a la banda de conducción de nivel superior, lo que provoca una disminución de la movilidad.
Este fenómeno hace que la movilidad aparente de los electrones, es decir, el valor de la corriente, disminuya cuando se aumenta la tensión por encima de un determinado voltaje, teniendo así la característica de resistencia negativa. Si se sigue aumentando la tensión, los electrones de la banda de conducción de nivel inferior se transfieren a la banda de conducción de nivel superior y la corriente vuelve a aumentar.
En este punto, se produce una avalancha de transferencia de electrones rápida y de alta velocidad en la banda de microondas, dando lugar al fenómeno de oscilación. Mientras que los VCO generales (osciladores controlados por tensión) utilizan una resistencia negativa que aprovecha la adaptación de impedancia de los transistores, los diodos Gunn aprovechan las bandas de energía inherentes a los cristales semiconductores.
Otra Información sobre los Diodos Gunn
1. Uso en Sensores de Velocidad
Las aplicaciones típicas de los diodos Gunn en sensores de velocidad suelen hacer uso del fenómeno físico conocido como efecto Doppler. El efecto Doppler es el principio según el cual la onda reflejada de una onda electromagnética irradiada sobre un objeto que se mueve a gran velocidad se observa con un cambio de frecuencia aparente respecto a la frecuencia original de la irradiación.
La frecuencia de un Diodos Gunn en un cristal de GaAs es de aproximadamente 10 GHz, y la velocidad del objeto irradiado se calcula a partir de la diferencia de variación de frecuencia. Por cierto, esta diferencia en la fluctuación de frecuencia se describe en términos físicos como un “zumbido”, y la fluctuación relativa a una frecuencia de 10 GHz es un porcentaje muy pequeño de la frecuencia para mediciones de velocidad en el rango de 100 km para pistolas de velocidad de béisbol y mediciones de velocidad de automóviles.
2. Expansión a Frecuencias Sub-Terahercios
Los diodos Gunn y los diodos impad similares, así como los diodos de túnel resonantes, atraen actualmente la atención de los institutos de investigación como materiales de investigación para osciladores de frecuencias inferiores a los tercios. Por lo tanto, se están investigando y desarrollando dispositivos de dos terminales capaces de generar ondas electromagnéticas de frecuencia inferior a los tercios con relativa sencillez.