¿Qué es un oscilador de diodo Gunn?

¿Qué es un Oscilador de Diodo Gunn?

Oscilador de Diodo Gunn

Un Oscilador de Diodo Gunn (también conocido como oscilador Gunn o dispositivo de transferencia de electrones) es una fuente económica de potencia de microondas y consta de un diodo Gunn o dispositivo de transferencia de electrones (TED) como su componente principal. Realizan una función similar a los Osciladores Reflex Klystron.

 En los osciladores Gunn, el diodo Gunn se coloca en una cavidad resonante. Un oscilador Gunn está compuesto por dos componentes principales: (i) un sesgo DC y (ii) un circuito de sintonización.

Cómo Funciona un Diodo Gunn como Sesgo DC en un Oscilador

En un diodo Gunn, a medida que aumenta el sesgo DC aplicado, la corriente inicialmente aumenta hasta alcanzar el voltaje umbral. Más allá de este punto, la corriente disminuye a medida que el voltaje continúa aumentando hasta llegar al voltaje de ruptura. El tramo desde el pico hasta el valle en este comportamiento forma lo que se conoce como la región de resistencia negativa.

La capacidad del diodo Gunn para mostrar resistencia negativa, combinada con sus propiedades temporales, le permite funcionar como un oscilador. Esto ocurre porque la resistencia negativa contrarresta cualquier resistencia real dentro del circuito, permitiendo un flujo de corriente óptimo.

Esto lleva a la generación de oscilaciones continuas siempre que se mantenga el sesgo DC, aunque la amplitud de estas oscilaciones está confinada dentro de los límites de la región de resistencia negativa. 

Circuito de Sintonización

En el caso de los osciladores Gunn, la frecuencia de oscilación depende principalmente de la capa activa central del diodo Gunn. Sin embargo, la frecuencia resonante puede ser ajustada externamente, ya sea mecánica o electrónicamente. En el caso de un circuito de sintonización electrónico, el control puede lograrse mediante el uso de una guía de ondas, una cavidad de microondas, un diodo varactor o una esfera YIG.

Aquí, el diodo se monta dentro de la cavidad de tal manera que cancela la resistencia de pérdida del resonador, produciendo oscilaciones. Por otro lado, en el caso de la sintonización mecánica, el tamaño de la cavidad o el campo magnético (para las esferas YIG) se varía mecánicamente, por ejemplo, mediante un tornillo de ajuste, para sintonizar la frecuencia resonante.

Este tipo de osciladores se utilizan para generar frecuencias de microondas que van desde 10 GHz hasta algunos THz, según las dimensiones de la cavidad resonante. Generalmente, los diseños de osciladores basados en coaxial y microstrip/planar tienen un factor de potencia bajo y son menos estables en términos de temperatura.

 Por otro lado, los diseños de circuitos estabilizados por guías de ondas y resonadores dieléctricos tienen un mayor factor de potencia y pueden hacerse térmicamente estables con relativa facilidad.La Figura 2 muestra un oscilador Gunn basado en un resonador coaxial que se utiliza para generar frecuencias que van desde 5 a 65 GHz. Aquí, a medida que se varía el voltaje aplicado Vb, las fluctuaciones inducidas por el diodo Gunn viajan a lo largo de la cavidad, se reflejan desde su otro extremo y regresan a su punto de partida después de un tiempo t dado por

Donde, l es la longitud de la cavidad y c es la velocidad de la luz. A partir de esto, se puede deducir la ecuación para la frecuencia resonante del oscilador Gunn como

donde, n es el número de medias ondas que pueden caber en la cavidad para una frecuencia dada. Este n varía de 1 a l/ct d donde td es el tiempo que tarda el diodo Gunn en responder a los cambios en el voltaje aplicado.

Aquí, las oscilaciones se inician cuando la carga del resonador es ligeramente superior a la máxima resistencia negativa del dispositivo. A continuación, estas oscilaciones crecen en términos de amplitud hasta que la resistencia negativa promedio del diodo Gunn se iguala a la resistencia del resonador, después de lo cual se pueden obtener oscilaciones sostenidas. 

Además, estos tipos de osciladores de relajación tienen un condensador grande conectado a través del diodo Gunn para evitar que el dispositivo se queme debido a señales de gran amplitud.Finalmente, es importante notar que los osciladores de diodo Gunn se utilizan extensivamente como transmisores y receptores de radio, sensores de detección de velocidad, amplificadores paramétricos, fuentes de radar, sensores de monitoreo de tráfico, detectores de movimiento, detectores de vibración remota, tacómetros de velocidad rotacional, monitores de contenido de humedad, transceptores de microondas (Gunnplexers) y en el caso de abridores de puertas automáticas, alarmas antirrobo, radares policiales, LAN inalámbricas, sistemas de evitación de colisiones, frenos antibloqueo, sistemas de seguridad peatonal, etc.