چه چیزی دایود اسیلاتور گان است

دیود گان به عنوان یک اسیلاتور چیست؟

دیود گان اسیلاتور

دیود گان اسیلاتور (همچنین با نام‌های دیگری مانند اسیلاتور گان یا دستگاه ترانسفر الکترون) یک منبع ارزان قیمت برای تولید توان میکروویو است و شامل دیود گان یا دستگاه ترانسفر الکترون (TED) به عنوان مؤلفه اصلی آن است. آنها عملکرد مشابه با اسیلاتورهای رفلکس کلیسترون را انجام می‌دهند.

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

چگونگی عملکرد دیود گان به عنوان یک اسیلاتور با بایاس DC

در دیود گان، هنگامی که بایاس DC اعمال شده افزایش می‌یابد، جریان ابتدا افزایش می‌یابد تا به ولتاژ آستانه برسد. فراتر از این نقطه، جریان با افزایش ولتاژ تا ولتاژ شکست کاهش می‌یابد. محدوده از اوج تا دره در این رفتار آنچه را که مقاومت منفی نامیده می‌شود، شکل می‌دهد.

توانایی دیود گان در نشان دادن مقاومت منفی، به همراه خصوصیات زمانی آن، به 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 منجر به تولید نوسانات مداوم می‌شود تا زمانی که بایاس DC حفظ شود، اگرچه دامنه این نوسانات در محدوده مقاومت منفی محصور است.

مدار تنظیم

در مورد اسیلاتورهای گان، فرکانس نوسان عمدتاً به لایه فعال میانی دیود گان بستگی دارد. با این حال، فرکانس هم‌زمان 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 دیود واراکتور یا کره YIG انجام شود.

در اینجا دیود به گونه‌ای در حفره نصب شده است که مقاومت ضایعات رزوناتور را خنثی می‌کند و نوسانات تولید می‌کند. از طرف دیگر، در مورد تنظیم مکانیکی، اندازه حفره یا میدان مغناطیسی (برای کره‌های YIG) به صورت مکانیکی با استفاده از مواردی مانند پیچ تنظیم، تغییر می‌کند تا فرکانس هم‌زمان تنظیم شود.

این نوع از اسیلاتورها برای تولید فرکانس‌های میکروویو از ۱۰ گیگاهرتز تا چند تراهرتز استفاده می‌شوند، که توسط ابعاد حفره هم‌زمان تعیین می‌شود. معمولاً طراحی‌های اسیلاتور مبتنی بر همزمان و میکرو stip/planar دارای عامل توان پایین و ثبات کمتر در مورد دما هستند.

از طرف دیگر، طراحی‌های مدارهای پایدار شده با موج‌بر و رزوناتور دی‌الکتریک دارای عامل توان بالاتر و می‌توانند به سادگی پایدار حرارتی شوند. شکل ۲ یک اسیلاتور گان مبتنی بر رزوناتور همزمان را نشان می‌دهد که برای تولید فرکانس‌های از ۵ تا ۶۵ گیگاهرتز استفاده می‌شود. در اینجا با تغییر ولتاژ اعمال شده Vb، نوسانات القایی دیود گان در طول حفره حرکت می‌کند و از طرف دیگر آن بازتاب می‌یابد و پس از زمان t به نقطه شروع خود برمی‌گردند که توسط

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

که n تعداد نیم‌موج‌هایی است که می‌توانند در حفره برای یک فرکانس خاص جای بگیرند. این n از ۱ تا l/ct d متغیر است که td زمانی است که دیود گان برای واکنش به تغییرات ولتاژ اعمال شده نیاز دارد.

در اینجا نوسانات زمانی شروع می‌شود که بارگذاری رزوناتور کمی بیشتر از مقاومت منفی ماکسیمم دستگاه باشد. سپس این نوسانات از نظر دامنه رشد می‌کنند تا زمانی که مقاومت منفی میانگین دیود گان با مقاومت رزوناتور برابر شود و پس از آن می‌توان نوسانات پایدار را به دست آورد.

علاوه بر این، این نوع از اسیلاتورهای آرامشی یک خازن بزرگ را در دیود گان متصل می‌کنند تا از سوختن دستگاه به دلیل سیگنال‌های با دامنه بزرگ جلوگیری کنند. در نهایت باید توجه داشت که اسیلاتورهای دیود گان به طور گسترده‌ای به عنوان فرستنده‌ها و گیرنده‌های رادیویی، سنسورهای تشخیص سرعت، تقویت‌کننده‌های پارامتری، منابع رادار، سنسورهای مانیتورینگ ترافیک، تشخیص حرکت، تشخیص ارتعاش از راه دور، تاکومترهای سرعت چرخش، مانیتورهای محتوای رطوبت، ترانسفردهای میکروویو (Gunnplexers) و در مورد بازکننده‌های درب خودکار، سیستم‌های هشدار دزدی، رادارهای پلیس، شبکه‌های محلی بی‌سیم، سیستم‌های جلوگیری از تصادف، سیستم‌های ترمز ضدقفل، سیستم‌های ایمنی پیاده‌رو، و غیره استفاده می‌شوند.