Какво е осцилатор с диод на Гън?

Какво е осцилатор с диод на Гън?

Осцилатор с диод на Гън

Осцилаторите с диод на Гън (известни още като осцилатори на Гън или преносими електронни устройства) са евтин източник на микровълнова мощност и се състоят от диод на Гън или преносимо електронно устройство (TED) като основен компонент. Те изпълняват подобна функция като рефлексни кластронни осцилатори.

В осцилаторите на Гън, диодът на Гън се разполага в резонансна каверна. Осцилаторът на Гън се състои от два основни компонента: (i) DC предвключване и (ii) настройващ схема.

Как работи диодът на Гън като осцилатор с DC предвключване

В диода на Гън, когато приложеното DC предвключване се увеличава, токът първоначално се повишава, докато достигне праговата напрежение. От тази точка нататък, токът намалява, докато напрежението продължава да се увеличава до напрежението за пробив. Разстоянието от върха до долината в това поведение формира това, което е известно като областта на отрицателното съпротивление.

Способността на диода на Гън да показва отрицателно съпротивление, комбинирана с неговите временни свойства, му позволява да функционира като осцилатор. Това се случва, защото отрицателното съпротивление противодейства на всяко реално съпротивление в схемата, позволявайки оптимален поток на тока.

Това води до генериране на непрекъснати осцилации, стига DC предвключването да бъде поддържано, макар амплитудата на тези осцилации да е ограничена в границите на областта на отрицателното съпротивление. 

Настройваща схема

В случай на осцилаторите на Гън, честотата на осцилацията в основни линии зависи от средния активен слой на диода на Гън. Обаче резонансната честота може да бъде настроена външно механически или електрически. В случай на електронна настройваща схема, контролът може да бъде осъществен чрез използване на волновод или микровълнова каверна, варикап диод или YIG сфера.

Тук диодът е монтиран в каверната по такъв начин, че да компенсира загубното съпротивление на резонатора, произвеждайки осцилации. От друга страна, в случай на механична настройка, размерът на каверната или магнитното поле (за YIG сфери) се изменят механично, например, чрез регулираща винт, за да се настрои резонансната честота.

Тези видове осцилатори се използват за генериране на микровълнови честоти, варьирани от 10 ГХц до няколко ТГц, както е определено от размерите на резонансната каверна. Обикновено осцилаторите, основани на коаксиални и микроленти/планарни дизайни, имат нисък фактор на мощност и са по-малко стабилни спрямо температурата.

От друга страна, дизайнерските решения, базирани на волновод и диелектричен резонатор, имат по-голям фактор на мощност и могат лесно да бъдат термически стабилизирани.Фигура 2 показва коаксиален резонатор, базиран на осцилатор на Гън, който се използва за генериране на честоти, варьирани от 5 до 65 ГХц. Тук, когато приложено напрежението Vb се променя, колебанията, индуцирани от диода на Гън, се движат по каверната, отразяват се от другия й край и се завръщат обратно в началната си точка след време t, зададено от

Където, l е дължината на каверната, а c е скоростта на светлината. От тук, уравнението за резонансната честота на осцилатора на Гън може да бъде изведено като

където, n е броят на полу-вълни, които могат да се поберат в каверната за дадена честота. Този n варира от 1 до l/ct d, където td е времето, необходимо за диода на Гън, за да реагира на промените в приложеното напрежение.

Тук колебанията започват, когато зареждането на резонатора е леко по-високо от максималното отрицателно съпротивление на устройството. След това, тези колебания се увеличават по амплитуда, докато средното отрицателно съпротивление на диода на Гън стане равно на съпротивлението на резонатора, след което може да се получи устойчиви колебания. 

По-нататък, тези видове релаксационни осцилатори имат голям кондензатор, свързан през диода на Гън, за да се избегне изгарянето на устройството поради големите амплитудни сигнали.Накрая, трябва да се отбележи, че осцилаторите с диод на Гън се използват широко като радиопредаватели и приемници, сензори за детектиране на скорост, параметрични усилватели, източници за радари, сензори за наблюдение на трафика, детектори на движение, дистанционни детектори на вибрация, тахометри за ъглова скорост, монитори за влажност, микровълнови трансивери (Gunnplexers) и в случаите на автоматични откриващи врати, аларми за кражби, полицейски радари, безжични LAN, системи за избягване на сблъсъци, антиблокиращи спирачки, системи за безопасност на пешеходците и т.н.