Gunnelement

Schaltzeichen einer Gunndiode

Die Gunndiode oder Gunn-Diode ist ein Halbleiter-Bauelement, das für die Mikrowellenerzeugung eingesetzt wird. Grundlage dieser Diode ist der 1963 von John Battiscombe Gunn entdeckte Gunn-Effekt.

Aufbau

Genau genommen ist die Gunndiode gar keine Diode. Es hat sich jedoch etabliert, von Anode und Kathode zu sprechen, um zwischen den Kontakten + und - zu unterscheiden. In der Literatur wird daher häufig der Begriff Gunn-Element verwendet.

Eine Gunn-Diode besteht nur aus n-dotierten Halbleiterbereichen, meist aus GaAs (Galliumarsenid), GaN (Galliumnitrid) oder Indiumphosphid. Die Bereiche sind hintereinander angeordnet und unterschiedlich stark dotiert. Im Material und durch die spezielle Dotierung wird eine Art Falle für Elektronen gebildet, wodurch ein negativer differentieller Widerstand entsteht, der bei geeigneter Beschaltung dazu führt, dass Elektronen sich aufstauen und in Schüben (wie Wellen) durch die Diode wandern. Dies geschieht sehr schnell und hängt von den Abmessungen des Kristalls ab. Gunndioden können Frequenzen von 1,5 bis ca. 140 GHz erzeugen (GaN bis 3 THz). Die Effizienz ist dabei relativ groß, die Leistung dagegen gering: man kann nur bis etwa 200 bis 300 mW mit einem Gunn-Oszillator erreichen. Ein Gunn-Oszillator besteht aus nur wenigen Bauteilen - dem Gunn-Element und einem Schwingkreis.

Verwandt ist die Gunndiode mit der IMPATT-Diode, der Tunneldiode und auch anderen Diodentypen.

Verwendung

Gunndioden sind relativ preiswert und werden in vielen Bereichen als kleine Sender ohne Nachverstärkung eingesetzt:

• Sender zur Mikrowellen-Datenübertragung
• kleine Radargeräte zur Zugangskontrolle oder zur Abstandswarnung an KFZ
• Amateurfunk-Sender

Beispiel eines Oszillators mit einem Gunn-Element in Hohlleitertechnik

Das Bild zeigt schematisch den Aufbau eines einfachen, mechanisch abstimmbaren Gunn-Oszillators in Hohlleitertechnik. Der Abstand des Kurzschlussschiebers wird so gewählt, dass die Gunndiode mit einem Parallelschwingkreis belastet wird, also etwa einem Viertel der Wellenlänge. Das Koppelloch zusammen mit der Abstimmschraube dienen zur Anpassung an den Wellenwiderstand des Hohlleiters.