Što je generator s Gunn diodom?

Što je oscilator s Gunn diodom?

Oscilator s Gunn diodom

Oscilator s Gunn diodom (poznat i kao Gunn oscilator ili uređaj prenosa elektrona) predstavlja jeftin izvor mikrovalne snage, a njegov glavni komponent je Gunn dioda ili uređaj prenosa elektrona (TED). Oni obavljaju sličnu funkciju kao i reflex klistroni oscilatori.

U Gunn oscilatorima, Gunn dioda se postavlja u rezonantnu cavitet. Oscilator s Gunn diodom sastoji se od dvije glavne komponente: (i) DC struja i (ii) sklop za podešavanje frekvencije.

Kako radi Gunn dioda kao oscilator s DC strujom

U Gunn diodi, kako se povećava primijenjena DC struja, struja najprije raste dok ne doseže pragovu naponsku razinu. Iznad točke, struja opada dok se naponska razina nastavlja povećavati do naponske razine pri kojoj dolazi do proloma. Raspon od vrha do doline u ovom ponašanju formira ono što se naziva regija negativnog otpora.

Gunn diodina sposobnost da pokazuje negativni otpor, kombinirana s njenim vremenskim svojstvima, omogućuje joj da funkcionira kao oscilator. To se događa jer negativni otpor nadmašuje bilo koji stvarni otpor unutar kruga, omogućujući optimalnu strujnu tok.

To dovodi do generiranja kontinuiranih oscilacija, sve dok se održava DC struja, iako je amplituda tih oscilacija ograničena granicama regije negativnog otpora. 

Sklop za podešavanje frekvencije

U slučaju Gunn oscilatora, frekvencija oscilacije uglavnom ovisi o srednjem aktivnom sloju Gunn diode. Međutim, rezonantna frekvencija se može podešavati vanjski, mehanički ili električki. U slučaju električkog sklopa za podešavanje, kontrola može biti ostvarena koristeći valovod, mikrovalnu cavitet, varaktor diodu ili YIG sferu.

Ovdje dioda je montirana unutar caviteta na način da otklanja gubitni otpor rezonatora, proizvodeći oscilacije. S druge strane, u slučaju mehaničkog podešavanja, veličina caviteta ili magnetsko polje (za YIG sfere) se mijenja mehanički, recimo, putem prilagođavajućeg vijaka, kako bi se podešala rezonantna frekvencija.

Ovi tipovi oscilatora koriste se za generiranje mikrovalnih frekvencija u rasponu od 10 GHz do nekoliko THz, ovisno o dimenzijama rezonantnog caviteta. Obično coaxijalni i mikrostrip/planarni dizajni oscilatora imaju niski faktor snage i manju stabilnost u pogledu temperature.

S druge strane, valovodi i dielektrični rezonatori stabilizirani sklopovi imaju veći faktor snage i mogu se lako termalno stabilizirati.Slika 2 prikazuje coaxijalni rezonator baziran na Gunn oscilatoru koji se koristi za generiranje frekvencija u rasponu od 5 do 65 GHz. Kako se mijenja primijenjeno naponsko Vb, fluktuacije inducirane Gunn diodom putuju duž caviteta, odbijaju se sa drugog kraja i vraćaju na početnu točku nakon vremena t koje se daje formulom

gdje je l duljina caviteta, a c brzina svjetlosti. Iz toga se može izvesti jednadžba za rezonantnu frekvenciju Gunn oscilatora kao

gdje je n broj polovala koji mogu pasti u cavitet za danu frekvenciju. Ovaj n kreira raspon od 1 do l/ct d gdje je td vrijeme potrebno Gunn diodi da reagira na promjene primijenjene naponske razine.

Oscilacije započinju kada je opterećenje rezonatora malo veće od maksimalnog negativnog otpora uređaja. Zatim te oscilacije rastu u pogledu amplitude dok prosječni negativni otpor Gunn diode ne postane jednak otporu rezonatora, nakon čega se dobivaju održive oscilacije. 

Dodatno, ovi tipovi oscilatora relaksacije imaju veliki kondenzator spojen paralelno s Gunn diodom kako bi se spriječilo pregoranje uređaja zbog signala velike amplitude.Konačno, treba napomenuti da se Gunn diodni oscilatori široko koriste kao radio predači i primači, senzori za otkrivanje brzine, parametrički pojačavači, izvori za radar, senzori za praćenje prometa, detektori pokreta, daljinski detektori vibracija, tahometri za brzinu rotacije, monitori vlaga, mikrovalni transceiveri (Gunnplexeri) i u slučaju automatskih otvarača vrata, alarma protiv krađe, policajskih radara, bežičnih LAN-a, sustava za izbjegavanje sudara, anti-blokirnih kočnica, sustava za sigurnost pešaka itd.