Que é un oscilador de díodo Gunn

Que é un oscilador de diodo Gunn?

Oscilador de diodo Gunn

Un oscilador de diodo Gunn (tamén coñecido como oscilador Gunn ou dispositivo de electróns transferidos) é unha fonte barata de potencia de microondas que ten como compoñente principal un diodo Gunn ou dispositivo de electróns transferidos (TED). Realizan unha función semellante aos osciladores Klystron Reflex.

 Nellos osciladores Gunn, o diodo Gunn está colocado nunha cavidade resonante. Un oscilador Gunn consta de dous compoñentes principais: (i) un sesgo CC e (ii) un circuito de sintonización.

Como funciona un diodo Gunn como oscilador con sesgo CC

Nun diodo Gunn, a medida que aumenta o sesgo CC aplicado, a corrente aumenta inicialmente ata chegar ao voltaxe de umbral. Máis aló deste punto, a corrente diminúe á medida que o voltaxe continúa aumentando ata o voltaxe de ruptura. O intervalo desde o pico ata o val na comportamento forma o que se coñece como rexión de resistencia negativa.

A capacidade do diodo Gunn de mostrar resistencia negativa, xunto coas súas propiedades temporais, permite que funcione como un oscilador. Isto ocorre porque a resistencia negativa contraresta calquera resistencia real dentro do circuito, permitindo un flujo de corrente óptimo.

Isto leva á xeración de oscilacións continuas mentres se mantenga o sesgo CC, aínda que a amplitud destas oscilacións está confinada dentro dos límites da rexión de resistencia negativa. 

Circuito de sintonización

No caso dos osciladores Gunn, a frecuencia de oscilación depende principalmente da capa activa central do diodo Gunn. No entanto, a frecuencia resonante pode ser sintonizada externamente, tanto por medios mecánicos como eléctricos. No caso do circuito de sintonización electrónica, o control pode lograrse usando un guía de ondas, unha cavidade de microondas, un diodo varactor ou unha esfera YIG.

Aquí, o diodo está montado dentro da cavidade de xeito que cancele a resistencia de perda do resonador, producindo oscilacións. Por outro lado, no caso da sintonización mecánica, o tamaño da cavidade ou o campo magnético (para as esferas YIG) varían mecanicamente, por exemplo, mediante un parafuso de axuste, para sintonizar a frecuencia resonante.

Estes tipos de osciladores usanse para xerar frecuencias de microondas que van dende os 10 GHz ata uns poucos THz, según as dimensións da cavidade resonante. Xeralmente, os diseños de osciladores baseados en coaxial e microstrip/planar teñen un factor de potencia baixo e son menos estables en termos de temperatura.

 Por outro lado, os diseños de circuitos estabilizados con guías de ondas e resonadores dieléctricos teñen un factor de potencia maior e poden facerse termicamente estables, bastante facilmente.A figura 2 mostra un oscilador Gunn baseado en un resonador coaxial que se usa para xerar frecuencias que van dende os 5 ata os 65 GHz. Aquí, á medida que se varía o voltaxe aplicado Vb, as fluctuacións inducidas polo diodo Gunn viaxan a lo largo da cavidade para refletirse no seu outro extremo e volver ao seu punto de partida despois dun tempo t dado por

Onde, l é a lonxitude da cavidade e c é a velocidade da luz. A partir disto, pode deducirse a ecuación para a frecuencia resonante do oscilador Gunn como

onde, n é o número de medias ondas que poden caber na cavidade para unha frecuencia dada. Este n vai dende 1 ata l/ct d onde td é o tempo que leva o diodo Gunn para responder aos cambios no voltaxe aplicado.

Aquí, as oscilacións iniciaranse cando a carga do resonador sexa lixereiramente superior á máxima resistencia negativa do dispositivo. A seguir, estas oscilacións crecen en términos de amplitud ata que a resistencia negativa media do diodo Gunn sexa igual á resistencia do resonador, despois do cal pode obterse oscilacións sostenidas. 

Ademais, estes tipos de osciladores de relaxación teñen un condensador grande conectado a través do diodo Gunn para evitar que o dispositivo queme debido a sinais de gran amplitud.Finalmente, debe notarse que os osciladores de diodo Gunn úsanse extensivamente como transmisores e receptores de radio, sensores de detección de velocidade, amplificadores paramétricos, fuentes de radar, sensores de monitorización de tráfico, detectores de movemento, detectores de vibración remota, tacómetros de velocidade de rotación, monitores de contido de humidade, transceptores de microondas (Gunnplexers) e no caso de abridores automáticos de portas, alarmas antirrobo, radares policiais, LANs inalámbricas, sistemas de evitación de colisión, freos antibloqueo, sistemas de seguridade peatonal, etc.