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耿氏二極管基礎(chǔ)知識(shí)
什么是耿氏二極管
耿氏二極管是一類用于微波頻段振蕩器等設(shè)備的二極管。
它是利用耿氏效應(yīng)工作的二極管，主要采用N 型砷化鎵（GaAs） 材料制成。物理學(xué)家 J.B.Gunn 發(fā)現(xiàn)，對(duì)砷化鎵晶體施加直流電場(chǎng)，當(dāng)電壓超過某一閾值后，器件會(huì)在微波頻段產(chǎn)生振蕩，這一現(xiàn)象因此被稱為耿氏效應(yīng)。
耿氏二極管具有負(fù)阻特性區(qū)域，利用這一特性可用于微波振蕩器等電路。這里的負(fù)阻是指：電壓升高時(shí)，電流反而減小的電氣特性。
耿氏二極管的應(yīng)用
耿氏二極管基于耿氏效應(yīng)，主要用于微波頻段振蕩器與雷達(dá)相關(guān)領(lǐng)域。
將耿氏二極管安裝在諧振腔或波導(dǎo)內(nèi)并施加直流電壓，它會(huì)根據(jù)晶片厚度以固有頻率振蕩。其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但頻率穩(wěn)定性不如由 VCO、PLL 控制的常規(guī)微波源，因此較少用于通信領(lǐng)域，而多用于利用多普勒效應(yīng)的速度傳感器。
常見應(yīng)用包括：
棒球測(cè)速儀
交通測(cè)速雷達(dá)
耿氏二極管的工作原理
耿氏二極管利用半導(dǎo)體晶體的雙能帶結(jié)構(gòu)：當(dāng)施加電壓超過臨界電場(chǎng)時(shí)，電子會(huì)快速躍遷到高能級(jí)能帶，從而產(chǎn)生微波頻段的振蕩現(xiàn)象。砷化鎵晶體的能帶結(jié)構(gòu)中，存在兩個(gè)導(dǎo)帶，其能量谷底與波數(shù)均不相同。
施加電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流，載流電子位于導(dǎo)帶中。通常多數(shù)電子集中在能量較低的導(dǎo)帶底；隨著電壓升高，部分電子會(huì)轉(zhuǎn)移到高能導(dǎo)帶。當(dāng)電壓超過一定值后，低能導(dǎo)帶的電子大量轉(zhuǎn)移到高能導(dǎo)帶，導(dǎo)致電子遷移率下降。
由此出現(xiàn)一個(gè)特性：超過某一電壓后，即使繼續(xù)升高電壓，電子的有效遷移率（即電流）反而下降，呈現(xiàn)負(fù)阻特性。若電壓繼續(xù)升高，低能導(dǎo)帶電子全部轉(zhuǎn)移完畢，電流會(huì)再次上升。
在此過程中，電子會(huì)發(fā)生雪崩式的快速遷移，從而在微波頻段引發(fā)振蕩。普通 VCO（壓控振蕩器）通過晶體管阻抗匹配實(shí)現(xiàn)負(fù)阻，而耿氏二極管則直接利用半導(dǎo)體晶體固有的能帶結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)負(fù)阻與振蕩。
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