FACULTAD:INFORMÁTICA & ELECTRÓNICA

ESCUELA:ING. ELECTRÓNICA

CARRERA:ING. EN TELECOMUNICACIONES Y REDES

INTEGARNTES: EDWIN JAMI 185

EDYY GUSQUI 211 EDUARDO TENEZACA 183

MATERIA:TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA II

1. TEMA: EL DIODO GUNN

2. OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERAL Obtener los conocimientos sobre las características del diodo Gunn.

OBJETIVOS ESPECIFICOS Conocer las distintas aplicaciones del diodo Gunn Ampliar conocimientos sobre el tema específico sobre osciladores en línea coaxial y en

guía de ondas

3. INTRODUCCIÓN.La generación de frecuencias para el rango de microondas se puede realizar de varias maneras, siendo las más comunes el uso del Klystron, Magnetrón, sobre todo en aplicaciones de grandes potencias, para otros fines lo más común es el uso de dispositivos de estado sólido como los transistores de efecto de campo de AsGa y diodos Gunn, sobre todo por su tamaño pequeño y bajo consumo.En el presente trabajo, se explicara acerca de los principios y el funcionamiento del oscilador Gunn, el mismo que se basa en el diodo Gunn, y por ende en el efecto que lleva el mismo nombre. Los mismos que se utilizan para aplicaciones de semiconductores  se revisara conceptos básicos referentes al diodo Gunn, así como a algunas de sus características, para desarrollar el tema relacionado al efecto Gunn, que es la base del oscilador Gunn se verá algunas de las configuraciones típicas para la obtención de un oscilador Gunn dentro de cavidades resonantes osciladores Gunn en línea coaxial y en guía de ondas.

4. MARCO TEORICO

QUE ES UN DIODOUn diodo es una sustancia cuya conductividad es menor que la de un conductor y mayor que la de un aislante.

QUE ES UN DIODO GUNNLos diodos Gunn son unos dispositivos electrónicos que emiten radiación electromagnética en el rango de las microondas. Es una clase particular de diodo, que, junto con el diodo de efecto túnel, permite disponer solamente de una zona N en el materialEs una forma de diodo usado en la electrónica de alta frecuencia. A diferencia de los diodos ordinarios Los diodos Gunn son usados para construir osciladores en el rango de frecuencias comprendido entre los 10 Gigahertz y frecuencias aún más altas (hastaTerahertz). Este diodo se usa en combinación con circuitos resonantes construidos con guías de ondas, cavidades coaxiales y resonadores  y la sintonización es realizada mediante ajustes mecánico, eléctricos.Los diodos Gunn suelen fabricarse de arseniuro de galio para osciladores de hasta 200 GHz, mientras que los de Nitruro de Galio pueden alcanzar los 3 Terahertz.Los que están disponibles hoy en día emiten radiación de una frecuencia de entre 10 y 100 GHz más o menos 1 GHz se lee un gigahercio y es una unidad que significa que la radiación tiene una frecuencia de 1.000.000.000 Hz, que son 1.000.000.000 de hercios o 1.000.000.000 de oscilaciones por segundo.

APLICACIONES Mediciones de distancia, Detección de movimientos (que no sean muy rápidos), Radares de velocidad, Detectores para automatismos de apertura/cierre de puertas, En general relacionadas con detección de objetos y su movimiento Sirve para medir la distancia al coche que tienes detrás.

COMO FUNCIONA UN DIODO GUNN

Los diodos Gunn funcionan haciendo uso del llamado efecto Gunn, una propiedad de determinados semiconductores J. B. Gunn se dio cuenta de que al aplicar una diferencia

de potencial constante en otras palabras, una tensión o un voltaje constantes entre los extremos de un trocito de un semiconductor como el fosfuro de indio (InP) o el arseniuro de galio (GaAs), dopados tipo n, la corriente que circulaba por el material dejaba de ser continua y oscilaba a gran velocidad.

Paso 1

(a) Esquema del diodo. (b) Relación entre la velocidad de los electrones y el campo eléctrico. A un campo eléctrico aplicado E le corresponde una velocidad de electrones determinada, va.(c) Dependencia de la densidad de electrones y el campo eléctrico respecto de la posición dentro de la pieza de GaAs.

Aplicando el diferencial de voltaje en los extremos tenemos

(a) Para unos determinados valores del campo eléctrico dentro y fuera del dominio, todos los electrones viajan a la misma velocidad.(b) El dominio de carga espacial de Gunn ya no crece más y sigue su viaje hacia el electrodo positivo.(c) El campo eléctrico fuera del dominio no es suficientemente grande como para que se formen más dominios adicionales.

FUNCIONAMIENTO EN RESISTENCIA POSITIVA

El Arseniuro de Galio (GaAs) es uno de los pocos materiales semiconductores que en una muestra con dopado tipo N, tiene una banda de energía vacía más alta que la más elevada de las que se encuentran ocupadas parcial o totalmente.

Cuando se aplica una tensión a una placa (tipo N) de Arseniuro de Galio (GaAs), los electrones, que el material tiene en exceso, circulan y producen corriente. Si se aumenta la tensión, la corriente aumenta.

FUNCIONAMIENTO EN RESISTENCIA NEGATIVA

Si se le sigue aumentando la tensión, se les comunica a los electrones una mayor energía, pero en lugar de moverse más rápido, los electrones saltan a una banda de energía más elevada, que normalmente está vacía, disminuyen su velocidad y, por ende, la corriente. Así, una elevación de la tensión en este elemento causa una disminución de la corriente.

Finalmente, la tensión en la placa se hace suficiente para extraer electrones de la banda de mayor energía y menor movilidad, por lo que la corriente aumentará de nuevo con la tensión. La característica tensión contra corriente se parece mucho a la del Diodo Túnel.

Sin embargo, una de las dificultades de utilizar directamente el compuesto como una resistencia negativa en AC es la aparición de inestabilidades internas. Fluctuaciones espontaneas de la densidad electrónica causadas por ruido o por un efecto en el dopado pueden dar lugar a acumulaciones espaciales de carga (dominios).

En un dispositivo de longitud finita, el dominio se forma cerca del cátodo porque esta región presenta una mayor no uniformidad debido al dañado que se produce en el cristal al formarse los contactos. El dominio se desplaza por el cristal con una velocidad del orden de 105 m/s hasta q alcanza al ánodo, donde colapsa y el potencial se redistribuye en el campo fuera del dominio. La corriente también aumenta con este campo hasta que alcanza un valor máximo, donde de nuevo se cae hasta q se forma el dominio siguiente. Como resultado, la corriente a través del dispositivo es una serie de pulsos superpuestos sobre un nivel constante, como se muestra en la Figura.

Forma de onda para la corriente típica de tiempo de transito de un dispositivo Gunn

La frecuencia del oscilador esta está determinada por el tiempo de transito del dominio. Sin embargo se puede forzar, mediante resonadores, que los modos colapsen ande alcanzar el ánodo, lo cual permite modificar el tiempo de transito, de este modo se puede sintonizar la frecuencia de operación.

Por lo general existen 3 diseños diferentes de osciladores: Coaxial Guía de Onda Planares

CAVIDADES COAXIALES

Este tipo de diseños cubren un rango de frecuencias entre 5 a 65 GHz. Este tipo de osciladores tienen un bajo Q lo que produce baja estabilidad y altos desvíos de frecuencia,

por ejemplo un valor típico de un oscilador de este tipo son los que funcionan a 15 GHz y ofrecen un desvió de 1MHz/ºC.

Existen variaciones de este diseño en el cual se utiliza un spot de guía de onda, por lo general son muy usados en frecuencias entre 15GHz hasta los 60 GHz, en contraparte ofrecen menor estabilidad y mayor desvió en frecuencias. Por ejemplo la estabilidad típica operando en los 35 GHz puede ser de 1.8MHz/ºC.

Oscilador Gunn en línea coaxial

Consiste en una cavidad coaxial con el diodo Gunn montado en el gap que existe entre el conductor interior y una de las paredes de la cavidad. Este tipo de cavidades recibe el nombre de cavidad reentrante, las dimensiones de la cavidad determinan la frecuencia de oscilación. La carga presentada a la cavidad se ajusta variando la penetración y la posición de la sonda. La capacidad C1 se utiliza para un ajuste fino de la frecuencia de oscilación.

Si B y G corresponden a la susceptancia y conductancia, respectivamente, entonces en estado estacionario las dos condiciones que se tienen q satisfacer para q haya oscilación son

Bdispositivo + Bcircuito = 0, Gdispositivo + Gcircuito = 0

La estructura de la siguiente figura se puede analizar en primera aproximación utilizando el circuito equivalente.

a) Montura en línea coaxial y b) circuito equivalente

En este circuito, el acoplo entre la sonda y la cavidad está representada por un transformador ideal, y el circuito externo se representa por una carga real de 50 Ohm. Aplicando el criterio de operación en estado estacionario

donde Ysc es la admitancia q modeliza la cavidad, y que se puede considerarse reactiva pura en ausencia de perdidas, esta ecuación proporciona la frecuencia de oscilación w.

CAVIDADES DE GUÍA DE ONDA

Este tipo de osciladores tienen la particularidad de que se encuentran acopladas con un iris, este tipo de cavidades son las más comunes para generar microondas, debido a que ofrecen un elevado Q y una excelente estabilidad de frecuencia, además ofrecen la ventaja de que pueden ser estabilizadas.

Valores típicos para este tipo de osciladores pueden ser por ejemplo aquellos que operan en 35 GHz y poseen una estabilidad de 1 MHz/ºC en una cavidad no estabilizada, cuando se lo hace en una cavidad estabilizada pueden obtener como por ejemplo operar a 35 GHz con una estabilidad de 200kHz/ºC.

Oscilador Gunn en guía de ondas

Oscilador Gunn en guía de ondas, el diodo está montado en un poste cilíndrico metálico centrado en el lado ancho de la guía rectangular. La frecuencia de oscilación de este circuito viene determinada por la ecuación anterior, lo q requiere que la admitancia del dispositivo con su embalaje resuene con la admitancia total del circuito. Utilizando el circuito equivalente se puede predecir la frecuencia de operación de este oscilador.

Oscilador Gunn: a) montura en guía de ondas y b) circuito equivalente

Este circuito equivalente se ha obtenido considerando por separado cada parte de la estructura, la red a la izquierda del diodo se representa se representa por la admitancia YL. El poste se puede representar por su circuito T equivalente, compuesto por la capacidad en serie Cb y una susceptancia shunt formada por la combinación de La y Cg en serie. Los parámetros Cp y Lp corresponden a los elementos parásitos del modelo equivalente del diodo.

Para oscilaciones pulsadas, se emplean diodos Gunn con materiales altamente dopados y se aplica una señal de polarización modulada por pulsos.

OSCILADORES PLANARES.

Constituyen una nueva generación de osciladores, en los cuales los costos y el tamaño se ven reducidos por que ya no utilizan cavidades, en lugar de ello utilizan un DRO (oscilador resonador dieléctrico) y un oscilador Gunn

5. CONCLUSIONES

El descubrimiento del efecto Gunn, en materiales como el GaAs, permite la generación de microondas, mediante el concepto de resistencia diferencial negativa para un rango de frecuencias comprendidos entre 5 y 140GHz.

Le energía que los electrones deben ganar para pasar de un nivel a otro es aproximadamente de 0.36eV, esto les permite moverse de un nivel a otro y generar así dominios Gunn, y por tanto corrientes de oscilación de las microondas.

La corriente de oscilación generada por los electrones es amplificada, hasta llegar a un estado e la energía dentro de la NDR sea igual a la disipada por la resistencia, esto se puede entender mediante el concepto de resistencia negativa.

No existe el concepto de resistencia negativa, debido a que la resistencia estática es siempre positiva, lo que existe es la resistencia diferencial negativa.

El fundamento básico para un oscilador Gunn es un circuito RLC, el mismo que es modelado mediante el uso de una cavidad resonante.

Los parámetros fundamentales que determinan la oscilación, son; el voltaje aplicado al cristal, la longitud del semiconductor GaAs, y la frecuencia de oscilación de la cavidad resonante.

Se impide la oscilación superior a la frecuencia deseada debido a que la cavidad es muy pequeña para conducirlas, y de frecuencias inferiores debido a que el diodo es muy lento para generarlas.

6. BIBLIOGRAFIA The Gunn Diode : Fundamentals and Fabrication, Robert van Zyl, Willem Perold,

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