ما هو مذبذب ديود غان؟

ما هو مُهتز الديود غان؟

مُهتز الديود غان

يعتبر مُهتز الديود غان (المعروف أيضًا باسم مُهتزات غان أو أجهزة نقل الإلكترون) مصدرًا رخيصًا للطاقة الميكروويفية ويتألف بشكل أساسي من ديود غان أو جهاز نقل الإلكترون (TED). يقومون بوظيفة مشابهة لمُهتزات الكلاسترون العاكسة.

في مُهتزات غان، يتم وضع ديود غان في تجويف مرن. يتكون مُهتز غان من مكونين رئيسيين: (1) تيار متردد مستمر و(2) دارة ضبط.

كيف يعمل ديود غان كمهتز مع تيار مستمر

في ديود غان، عندما يزيد التيار المستمر المطبق، يرتفع التيار في البداية حتى يصل إلى الجهد العتبة. بعد هذه النقطة، ينخفض التيار بينما يستمر الجهد في الزيادة حتى يصل إلى جهد الانهيار. يشكل الفرق بين القمة والوادي في هذا السلوك ما يعرف بمنطقة المقاومة السالبة.

قدرة ديود غان على إظهار المقاومة السالبة، بالإضافة إلى خصائصه الزمنية، تسمح له بالعمل كمهتز. يحدث ذلك لأن المقاومة السالبة تعادل أي مقاومة حقيقية داخل الدائرة، مما يسمح بتدفق التيار الأمثل.

يؤدي ذلك إلى إنتاج اهتزازات مستمرة طالما تم الحفاظ على التيار المستمر، رغم أن سعة هذه الاهتزازات محصورة ضمن حدود منطقة المقاومة السالبة.

دارة الضبط

في حالة مُهتزات غان، يعتمد تردد الاهتزاز بشكل أساسي على الطبقة الوسطى النشطة لديود غان. ومع ذلك، يمكن ضبط التردد الرنيني خارجيًا إما بطريقة ميكانيكية أو كهربائية. في حالة دارة الضبط الإلكترونية، يمكن تحقيق السيطرة باستخدام مرشد موجات أو تجويف ميكروويفي أو ديود فاريكتور أو كرة YIG.

في هذه الحالة، يتم تركيب الديود داخل التجويف بحيث يلغي مقاومة الخسارة للرنين، مما ينتج عنه اهتزازات. من ناحية أخرى، في حالة الضبط الميكانيكي، يتم تغيير حجم التجويف أو المجال المغناطيسي (بالنسبة لكرات YIG) ميكانيكيًا بواسطة، على سبيل المثال، برغي ضبط، لضبط التردد الرنيني.

تستخدم هذه الأنواع من المهتزات لتوليد ترددات ميكروويفية تتراوح من 10 جيجاهرتز إلى بضع تيراهرتز، حسب أبعاد التجويف الرنيني. عادةً ما تكون تصاميم المهتزات القائمة على المحاور المشتركة والميكروشريط/المستوية ذات عامل قوة منخفض وأقل استقرارًا من حيث درجة الحرارة.

من ناحية أخرى، فإن تصاميم الدارات المستقرة بالرنين الموجي والرنين الكهربائي لها عامل قوة أكبر ويمكن أن تكون مستقرة حراريًا بسهولة كبيرة. تظهر الشكل 2 مُهتز غان قائم على تجويف مركزي يستخدم لتوليد الترددات من 5 إلى 65 جيجاهرتز. هنا، عند تغيير الجهد المطبق Vb، تنتقل التقلبات التي تسببها ديود غان عبر التجويف وتتم انعكاسها من نهايته الأخرى وتعود إلى نقطة انطلاقها بعد زمن t المعطى بواسطة

حيث l هي طول التجويف وc هي سرعة الضوء. من هذا، يمكن استنتاج معادلة التردد الرنيني لمُهتز غان كما يلي

حيث n هو عدد نصف الموجات التي يمكن أن تناسب في التجويف لتردد معين. يتراوح هذا n من 1 إلى l/ctd حيث t d هو الزمن الذي يستغرقه ديود غان للرد على التغييرات في الجهد المطبق.

في هذه الحالة، تبدأ الاهتزازات عندما يكون تحميل الرنين أعلى قليلاً من المقاومة السالبة القصوى للجهاز. بعد ذلك، تنمو هذه الاهتزازات من حيث السعة حتى يصبح المتوسط للمقاومة السالبة لديود غان مساويًا للمقاومة للرنين، وبعدها يمكن الحصول على اهتزازات مستدامة.

إضافة إلى ذلك، تحتوي هذه النوعية من المهتزات الاسترخائية على مكثف كبير متصل عبر ديود غان لتجنب حرق الجهاز بسبب الإشارات ذات السعة الكبيرة. أخيرًا، يجب ملاحظة أن مُهتزات ديود غان تُستخدم على نطاق واسع ك передатчиков и приемников радиосигналов, датчиков скорости, параметрических усилителей, источников радара, датчиков контроля движения, датчиков вибрации, тахометров для измерения скорости вращения, мониторов влажности, микроволновых трансиверов (Gunnplexers) и в случае автоматических дверных открывателей, охранных систем, полицейских радаров, беспроводных локальных сетей, систем предотвращения столкновений, антиблокировочных тормозных систем, систем безопасности пешеходов и т.д.