Mikä on Gunn-diodioskillaattori?

Mikä on Gunn-diodioskillaattori?

Gunn-diodioskillaattori

Gunn-diodioskillaattori (myös tunnettu nimellä Gunn-oskillaattori tai siirretty elektronilaitteinen oskillaattori) on edullinen mikroaaltovirtalähde, jonka päätärinänä toimii Gunn-diode tai siirretty elektronilaitteinen diode (TED). Ne suorittavat samankaltaisen tehtävän kuin refleksi-klystronioskillaattorit.

Gunn-oskillaattoreissa Gunn-diode sijoitetaan värähtelykuoppaan. Gunn-oskillaattori koostuu kahdesta pääkomponentista: (i) Vakiovirtapihdyksestä ja (ii) säätökierroksesta.

Kuinka Gunn-diode toimii vakiovirtapihdyksenä oskillaattorissa

Gunn-diodesessa kun sovellettava vakiovirtapihdys kasvaa, virta aluksi nousee kunnes se saavuttaa kynnysjännitteen. Tämän pisteen jälkeen virta laskee, kun jännite jatkaa kasvamista räjähdysjännitteeseen asti. Huipusta laaksoon tässä käytöksessä muodostuu se, mitä kutsutaan negatiiviseksi vastukseksi.

Gunn-dioden kyky osoittaa negatiivista vastusta yhdessä sen ajoitusominaisuuksien kanssa mahdollistaa sen toiminnan oskillaattorina. Tämä tapahtuu, koska negatiivinen vastus vastustaa kaikkia todellisia vastustoja piirissä, mahdollistaen optimaalisen virran kulun.

Tämä johtaa jatkuvien värähtelyjen syntymiseen niin kauan kuin vakiovirtapihdys ylläpidetään, vaikka näiden värähtelyjen amplitudi on rajattu negatiivisen vastuksen alueeseen. 

Säätökierros

Gunn-oskillaattoreissa värähtelytaajuus riippuu ensisijaisesti Gunn-dioden keskimmäisestä aktiivistasemasta. Kuitenkin resonaansitaajuus voidaan säätää ulkopuolisesti joko mekaanisesti tai sähköisesti. Sähköisessä säädöskierrossa ohjaus voidaan toteuttaa käyttämällä aaltoputkea, mikroaaltokuoppaa, varactor-diodia tai YIG-palloa.

Tässä diodi asennetaan kuoppaan siten, että se kompensoi resonaattorin tappioresistanssin, tuottamalla värähtelyitä. Toisaalta mekaanisessa säädössä kuopan koko tai magneettikenttä (YIG-palloille) vaihtelee mekaanisesti, esimerkiksi säätöruuvilla, jotta resonaansitaajuutta voitaisiin säätää.

Näitä tyyppejä olevia oskillaattoreita käytetään mikroaaltojen taajuuksien luomiseen 10 GHz:stä muutamaan THz:ään, minkä määräävät resonaansikuopan mitat. Yleensä koaksiaaliset ja mikropiirilevy/pohja- perustaiset oskillaattorisuunnitelmat ovat vähäpotentiaalisia ja vakaampia lämpötilan suhteen.

Toisaalta, aaltoputki- ja dielektrinen resonatoristabiloitu suunnitelma on suurempi potentiaali ja voidaan helposti tehdä lämpövakaaksi.Kuva 2 näyttää koaksiaaliresonaattoriperustaisen Gunn-oskillaattorin, jota käytetään 5–65 GHz:n taajuuksien tuottamiseen. Kun sovellettu jännite Vb vaihtelee, Gunn-diode aiheuttamat fluktuoinnit kulkevat kuopassa heijastumaan toisesta päästään ja palaamaan alkuperäiseen pisteeseen ajan t jälkeen, joka on

missä l on kuopan pituus ja c on valon nopeus. Tästä Gunn-oskillaattorin resonaansitaajuuden yhtälö voidaan johtaa

missä n on puolikiertojen määrä, jotka mahtuvat kuoppaan tietylle taajuudelle. Tämä n vaihtelee 1:stä l/ct d:hen, missä td on aika, joka Gunn-diodelle kestää reagoida sovellettujen jännitteen muutoksiin.

Värähtelyt aloitetaan, kun resonaattorin lataus on hieman suurempi kuin laitteen maksiminegatiivinen vastus. Sitten nämä värähtelyt kasvavat amplitudinsa suhteen, kunnes Gunn-dioden keskimääräinen negatiivinen vastus tulee yhteneväksi resonaattorin vastuksen kanssa, jonka jälkeen voidaan saada jatkuvia värähtelyitä. 

Lisäksi tällaisissa rentoutumisoskillaattoreissa on suuri kondensaattori yhdistetty Gunn-dioden yli, jotta laitetta ei palaisi suuren amplitudin signaaleihin. Lopuksi on huomioitava, että Gunn-diodeoskillaattoreita käytetään laajasti radiolähetteissä ja -vastaanotimissa, nopeuden mittausantureissa, parametrillisissa vahvistimissa, radarlähteissä, liikenneseurantaantureissa, liikeantureissa, etäisyysmittareissa, pyöritysnopeuden mittareissa, kosteudenmittareissa, mikroaaltoyhteyslaitteissa (Gunnplexereissa) sekä automaattisissa ovensuljettimissa, murhaajavalvontajärjestelmissä, poliisiradarissa, langattomissa LANeissa, törmäysvälttäjissä, abs-suojausjärjestelmissä, jalankulkijasuojausjärjestelmissä jne.