Què és un oscil·lador de díode Gunn?

Què és un Oscil·lador de Díode Gunn?

Oscil·lador de Díode Gunn

Un Oscil·lador de Díode Gunn (també conegut com a oscil·lador Gunn o dispositiu d'electrons transferits) és una font econòmica de potència de microones i consta d'un díode Gunn o dispositiu d'electrons transferits (TED) com a component principal. Realitzen una funció similar a la dels oscil·ladors Reflex Klystron.

En els oscil·ladors Gunn, el díode Gunn es col·loca en una cavetat resonant. Un oscil·lador Gunn està compost per dos components principals: (i) un biaix DC i (ii) un circuit de sintonització.

Com funciona un Díode Gunn com a Oscil·lador amb Biaix DC

En un díode Gunn, quan el biaix DC aplicat augmenta, la corrent inicialment augmenta fins que arriba al voltatge de llindar. Més enllà d'aquest punt, la corrent disminueix mentre el voltatge continua augmentant fins al voltatge de trencament. L'interval des del màxim al mínim en aquest comportament forma el que se coneix com a regió de resistència negativa.

La capacitat del díode Gunn per mostrar resistència negativa, juntament amb les seves propietats temporals, li permet funcionar com a oscil·lador. Això ocorre perquè la resistència negativa contraresta qualsevol resistència real dins del circuit, permetent un flux de corrent òptim.

Això porta a la generació d'oscil·lacions contínues mentre es mantingui el biaix DC, encara que l'amplitud d'aquestes oscil·lacions estigui limitada dins els límits de la regió de resistència negativa. 

Circuit de Sintonització

En el cas dels oscil·ladors Gunn, la freqüència d'oscil·lació depèn principalment de la capa activa central del díode Gunn. No obstant això, la freqüència resonant es pot ajustar externament mitjançant mètodes mecànics o electrònics. En el cas del circuit de sintonització electrònica, el control es pot aconseguir utilitzant un guia d'ones, una cavetat de microones, un díode varactor o una esfera YIG.

Aquí, el díode es monta dins de la cavetat d'una manera que cancel·li la resistència de pèrdua del resonador, produint oscil·lacions. D'altra banda, en el cas de la sintonització mecànica, la mida de la cavetat o el camp magnètic (per a les esferes YIG) es varia mecànicament, per exemple, mitjançant un tornavissa, per ajustar la freqüència resonant.

Aquests tipus d'oscil·ladors es fan servir per generar freqüències de microones que van des de 10 GHz a uns pocs THz, segons les dimensions de la cavetat resonant. Normalment, els dissenys d'oscil·ladors basats en coaxial i microstrip/planar tenen un factor de potència baix i són menys estables en termes de temperatura.

D'altra banda, els dissenys de circuits estabilitzats amb guia d'ones i resonadors dielèctrics tenen un factor de potència més gran i es poden fer termodinàmicament estables, bastant fàcilment.La Figura 2 mostra un oscil·lador Gunn basat en un resonador coaxial que es fa servir per generar freqüències que van des de 5 a 65 GHz. Aquí, quan es varia el voltatge aplicat Vb, les fluctuacions induïdes pel díode Gunn viatgen a través de la cavetat, es reflecteixen a l'altre extrem i arriben de nou al seu punt d'inici després d'un temps t donat per

On, l és la longitud de la cavetat i c és la velocitat de la llum. A partir d'això, es pot deduir l'equació per a la freqüència resonant de l'oscil·lador Gunn com

on, n és el nombre d'ones meves que poden cabre dins de la cavetat per a una freqüència determinada. Aquest n varia de 1 a l/ct d on td és el temps que triga el díode Gunn a respondre als canvis en el voltatge aplicat.

Les oscil·lacions es inicien quan la càrrega del resonador és lleugerament superior a la resistència negativa màxima del dispositiu. Després, aquestes oscil·lacions creixen en amplitud fins que la resistència negativa mitjana del díode Gunn esdevé igual a la resistència del resonador, després del qual es poden obtenir oscil·lacions sostenides. 

Més endavant, aquests tipus d'oscil·ladors de relaxació tenen un condensador gran connectat a través del díode Gunn per evitar que el dispositiu es quedi sense funció a causa de senyals d'amplitud gran.Finalment, cal notar que els oscil·ladors de díode Gunn es fan servir extensament com a transmetrediors i receptors de ràdio, sensors de detecció de velocitat, amplificadors paramètrics, fonts de radar, sensors de monitorització de trànsit, detectors de moviment, detectors de vibració remots, tacòmetres de velocitat rotacional, monitors de contingut d'humitat, transceptors de microones (Gunnplexers) i en el cas de portes automàtiques, alarmes d'assalt, radars de policia, LANs sense fil, sistemes d'evitament de col·lisions, frens antiblocants, sistemes de seguretat peonal, etc.