Co je oscilátor s diodou Gunn?

Co je Gunnův diodový oscilátor?

Gunnův diodový oscilátor

Gunnův diodový oscilátor (také známý jako Gunnův oscilátor nebo přenosový elektronický člen) je levný zdroj mikrovlnného výkonu a jeho hlavní komponentou je Gunnova dioda nebo přenosový elektronický člen (TED). Funkčně se podobají reflexním klystronovým oscilátorům.

V Gunnových oscilátorech je Gunnova dioda umístěna v rezonanční dutině. Gunnův oscilátor se skládá ze dvou hlavních komponent: (i) DC polarizace a (ii) ladicí obvod.

Jak funguje Gunnova dioda jako oscilátor s DC polarizací

U Gunnovy diody se s rostoucí DC polarizací průběh proudu nejprve zvyšuje, dokud nedosáhne práhového napětí. Za tímto bodem se proud snižuje, zatímco napětí stále roste až do poruchového napětí. Rozsah od maxima do minima v tomto chování tvoří to, co se nazývá oblast negativního odporu.

Schopnost Gunnovy diody ukazovat negativní odpor spolu s jejími časovými vlastnostmi umožňuje, aby fungovala jako oscilátor. To se děje proto, že negativní odpor protiváha jakýmkoli skutečným odporům v obvodu, což umožňuje optimální proudový tok.

To vede k generování kontinuálních oscilací, pokud je udržována DC polarizace, i když amplituda těchto oscilací je omezena hranicemi oblasti negativního odporu. 

Ladicí obvod

V případě Gunnových oscilátorů primárně závisí frekvence oscilací na střední aktivní vrstvě Gunnovy diody. Nicméně, rezonanční frekvenci lze externě naladit buď mechanicky, nebo elektricky. V případě elektronického ladicího obvodu může kontrola být provedena pomocí vlnovodu, mikrovlnné dutiny, varaktorové diody nebo YIG kulky.

Zde je dioda umístěna uvnitř dutiny tak, aby vyrušila ztrátový odpor rezonátoru, což vede k generování oscilací. Na druhou stranu, v případě mechanického ladění, se velikost dutiny nebo magnetické pole (pro YIG kulky) mění mechanicky, například pomocí nastavovací šroubu, aby byla naladěna rezonanční frekvence.

Tyto typy oscilátorů se používají k generování mikrovlnných frekvencí od 10 GHz až po několik THz, jak je určeno rozměry rezonanční dutiny. Obvykle mají koaxiální a mikrostripové/planární konstrukce oscilátorů nízký faktor výkonu a jsou méně stabilní vzhledem k teplotě.

Na druhou stranu, konstrukce s vlnovodem a dielektrickým rezonátorem stabilizovaným obvodem mají vyšší faktor výkonu a mohou být snadno termicky stabilizovány.Obrázek 2 ukazuje koaxiální rezonátor založený na Gunnově oscilátoru, který se používá k generování frekvencí od 5 do 65 GHz. Zde, když se změní aplikované napětí Vb, fluktuace způsobené Gunnovou diodou cestují po dutině, odrážejí se od jejího druhého konce a vracejí se na své počáteční místo po čase t daném

Kde l je délka dutiny a c je rychlost světla. Z tohoto lze odvodit rovnici pro rezonanční frekvenci Gunnova oscilátoru jako

kde n je počet polovln, které se vejde do dutiny pro danou frekvenci. Toto n se pohybuje od 1 do l/ct d, kde td je čas, který potřebuje Gunnova dioda k reakci na změny aplikovaného napětí.

Oscilace začínají, když je zatížení rezonátoru mírně vyšší než maximální negativní odpor zařízení. Poté se tyto oscilace zvětšují v amplitudě, dokud průměrný negativní odpor Gunnovy diody nezačne odpovídat odporu rezonátoru, po čemž lze dosáhnout trvalých oscilací. 

Dále, tyto relaxační oscilátory mají velký kondenzátor spojený přes Gunnovu diodu, aby se zabránilo přepálení zařízení v důsledku signálů s velkou amplitudou.Nakonec je třeba poznamenat, že Gunnovy diodové oscilátory se rozsáhle používají jako rádiové vysílače a přijímače, senzory pro detekci rychlosti, parametrické zesilovače, zdroje radaru, senzory pro sledování provozu, pohybové čidlo, dálkové čidlo vibrací, otáčkoměry pro měření otáček, monitory obsahu vlhkosti, mikrovlnné transceivery (Gunnplexery) a v případě automatických dveří, odběrnických alarmů, policejních radarů, bezdrátových LAN, systémů pro prevenci srážek, anti-blokážních brzd, systémů pro bezpečnost pěšíků atd.