چه چیزی دیود اسیلاتور گان است

گان دایود اسیلاتور چیست؟

گان دایود اسیلاتور

گان دایود اسیلاتور (که همچنین با نام‌های گان اسیلاتور یا دستگاه منتقل کننده الکترون شناخته می‌شود) یک منبع ارزان قیمت برای توان میکروویو است و شامل گان دایود یا دستگاه منتقل کننده الکترون (TED) به عنوان مؤلفه اصلی آن است. این دستگاه‌ها عملکرد مشابهی با اسیلاتورهای رفلکس کلیسترون دارند.

در اسیلاتورهای گان، گان دایود در یک حفره رزونانسی قرار می‌گیرد. یک اسیلاتور گان از دو مؤلفه اصلی تشکیل شده است: (i) بایاس DC و (ii) مدار تنظیم.

چگونگی کار گان دایود به عنوان یک اسیلاتور با بایاس DC

در یک گان دایود، با افزایش بایاس DC که اعمال می‌شود، جریان ابتدا افزایش می‌یابد تا به ولتاژ آستانه می‌رسد. فراتر از این نقطه، جریان با ادامه افزایش ولتاژ تا ولتاژ پخش کاهش می‌یابد. محدوده از بالاترین نقطه تا پایین‌ترین نقطه در این رفتار چیزی است که به عنوان منطقه مقاومت منفی شناخته می‌شود.

توانایی گان دایود در نشان دادن مقاومت منفی، به همراه خصوصیات زمانی آن، اجازه می‌دهد تا به عنوان یک اسیلاتور عمل کند. این اتفاق می‌افتد زیرا مقاومت منفی هر مقاومت واقعی در مدار را خنثی می‌کند و جریان بهینه را امکان‌پذیر می‌سازد.

این امر منجر به تولید نوسانات مداوم می‌شود طولی که بایاس DC حفظ شود، اگرچه دامنه این نوسانات در محدوده مقاومت منفی محصور است. 

مدار تنظیم

در مورد اسیلاتورهای گان، فرکانس نوسان اساساً به لایه فعال میانی گان دایود بستگی دارد. با این حال، فرکانس رزونانسی می‌تواند به صورت خارجی با استفاده از روش‌های مکانیکی یا الکتریکی تنظیم شود. در مورد مدار تنظیم الکترونیکی، کنترل می‌تواند با استفاده از موج‌بر یا حفره میکروویو یا دایود واراکتور یا کره YIG انجام شود.

در اینجا دایود به گونه‌ای در داخل حفره نصب می‌شود که مقاومت اتلاف حفره را خنثی کند و نوسانات تولید کند. از سوی دیگر، در مورد تنظیم مکانیکی، اندازه حفره یا میدان مغناطیسی (برای کره‌های YIG) با استفاده از مثلاً یک پیچک تنظیم مکانیکی تغییر می‌کند تا فرکانس رزونانسی تنظیم شود.

این نوع اسیلاتورها برای تولید فرکانس‌های میکروویو در محدوده 10 گیگاهرتز تا چند تراهرتز استفاده می‌شوند که توسط ابعاد حفره رزونانسی تعیین می‌شود. معمولاً طراحی‌های اسیلاتور مبتنی بر هم‌محور و میکرواستریپ/پلانار دارای عامل توان پایین‌تری هستند و از نظر دما کمتر پایدار هستند.

 از سوی دیگر، طراحی‌های مدارهای پایدارساز مبتنی بر موج‌بر و رزوناتور دی‌الکتریک دارای عامل توان بیشتری هستند و می‌توانند به راحتی حرارتی پایدار شوند. شکل 2 یک اسیلاتور گان مبتنی بر رزوناتور هم‌محور را نشان می‌دهد که برای تولید فرکانس‌های در محدوده 5 تا 65 گیگاهرتز استفاده می‌شود. در اینجا با تغییر ولتاژ Vb که اعمال می‌شود، نوسانات القاء شده توسط گان دایود در طول حفره حرکت کرده و از سمت دیگر آن بازتاب می‌یابند و پس از زمان t به نقطه شروع خود برمی‌گردند که توسط

که در آن، l طول حفره و c سرعت نور است. از این، معادله فرکانس رزونانسی اسیلاتور گان به دست می‌آید

که در آن، n تعداد نیم‌موج‌هایی است که می‌توانند در حفره برای یک فرکانس خاص جا بگیرند. این n از 1 تا l/ct d می‌باشد که td زمانی است که گان دایود برای واکنش به تغییرات ولتاژ اعمال شده نیاز دارد.

در اینجا نوسانات زمانی شروع می‌شوند که بار حفره کمی بیشتر از بیشترین مقاومت منفی دستگاه باشد. سپس این نوسانات از نظر دامنه افزایش می‌یابند تا مقاومت منفی میانگین گان دایود با مقاومت حفره برابر شود و پس از آن می‌توان نوسانات پایداری داشت. 

به علاوه، این نوع اسیلاتورهای آرام‌سازی یک خازن بزرگ در کنار گان دایود متصل شده است تا از سوختن دستگاه به دلیل سیگنال‌های با دامنه بزرگ جلوگیری کند. در نهایت باید توجه داشت که اسیلاتورهای گان به طور گسترده در مواردی مانند فرستنده‌ها و گیرنده‌های رادیویی، سنسورهای تشخیص سرعت، تقویت‌کننده‌های پارامتری، منابع رادار، سنسورهای نظارت بر ترافیک، تشخیص حرکت، آشکارسازهای لرزش دور، تاکومترهای سرعت چرخشی، ناظرهای محتوای رطوبت، ترانسفسرهای میکروویو (Gunnplexers) و در مواردی مانند بازکننده‌های درب خودکار، سیستم‌های هشدار دزدی، رادارهای پلیس، شبکه‌های محلی بی‌سیم، سیستم‌های جلوگیری از تصادف، سیستم‌های ضدقفل کلاچ، سیستم‌های ایمنی پیاده‌رو و غیره استفاده می‌شوند.