Cosa è un oscillatore a diodo Gunn?

Cos'è un oscillatore a diodo Gunn?

Oscillatore a diodo Gunn

Un oscillatore a diodo Gunn (noto anche come oscillatore a dispositivo a elettroni trasferiti) è una sorgente economica di potenza a microonde e si compone principalmente di un diodo Gunn o dispositivo a elettroni trasferiti (TED). Svolge una funzione simile agli oscillatori riflessivi a klystron.

Nel caso degli oscillatori a diodo Gunn, il diodo Gunn viene posizionato in una cavità risonante. Un oscillatore a diodo Gunn è composto da due componenti principali: (i) un pre-carico DC e (ii) un circuito di accordo.

Come funziona un diodo Gunn come pre-carico DC in un oscillatore

In un diodo Gunn, mentre il pre-carico DC aumenta, la corrente inizialmente cresce fino a raggiungere la tensione di soglia. Oltre questo punto, la corrente diminuisce mentre la tensione continua ad aumentare fino alla tensione di rottura. L'intervallo dal picco alla valle in questo comportamento forma ciò che è noto come regione di resistenza negativa.

La capacità del diodo Gunn di mostrare resistenza negativa, combinata con le sue proprietà temporali, gli permette di funzionare come oscillatore. Questo avviene perché la resistenza negativa contrasta qualsiasi resistenza reale nel circuito, consentendo un flusso ottimale di corrente.

Ciò porta alla generazione di oscillazioni continue fintanto che il pre-carico DC è mantenuto, sebbene l'ampiezza di queste oscillazioni sia confinata all'interno dei limiti della regione di resistenza negativa. 

Circuito di accordo

Nel caso degli oscillatori a diodo Gunn, la frequenza di oscillazione dipende principalmente dallo strato attivo centrale del diodo Gunn. Tuttavia, la frequenza risonante può essere accordata esternamente meccanicamente o elettronicamente. Nel caso di un circuito di accordo elettronico, il controllo può essere ottenuto utilizzando una guida d'onda, una cavità a microonde, un diodo varattore o una sfera YIG.

In questo caso, il diodo è montato all'interno della cavità in modo tale da annullare la resistenza di perdita del risonatore, producendo oscillazioni. D'altra parte, nel caso di un accordo meccanico, le dimensioni della cavità o il campo magnetico (per le sfere YIG) vengono variate meccanicamente, ad esempio tramite una vite regolabile, per accordare la frequenza risonante.

Questi tipi di oscillatori vengono utilizzati per generare frequenze a microonde che vanno da 10 GHz a pochi THz, a seconda delle dimensioni della cavità risonante. Solitamente, i disegni di oscillatori basati su coassiale e microstrip/pianare hanno un fattore di potenza basso e sono meno stabili in termini di temperatura.

D'altro canto, i disegni di circuiti stabilizzati con guide d'onda e risonatori dielettrici hanno un fattore di potenza maggiore e possono essere resi termicamente stabili, abbastanza facilmente.La Figura 2 mostra un oscillatore a diodo Gunn basato su un risonatore coassiale utilizzato per generare frequenze che vanno da 5 a 65 GHz. Qui, quando la tensione applicata Vb varia, le fluttuazioni indotte dal diodo Gunn viaggiano lungo la cavità per essere riflesse dall'altra estremità e tornare al punto di partenza dopo un tempo t dato da

Dove, l è la lunghezza della cavità e c è la velocità della luce. Da questo, l'equazione per la frequenza risonante dell'oscillatore a diodo Gunn può essere dedotta come

dove, n è il numero di mezze onde che possono adattarsi nella cavità per una data frequenza. Questo n varia da 1 a l/ct d dove td è il tempo impiegato dal diodo Gunn per rispondere ai cambiamenti nella tensione applicata.

Qui, le oscillazioni iniziano quando il carico del risonatore è leggermente superiore alla massima resistenza negativa del dispositivo. Successivamente, queste oscillazioni crescono in termini di ampiezza fino a quando la resistenza negativa media del diodo Gunn diventa uguale alla resistenza del risonatore, dopo di che si possono ottenere oscillazioni sostenute. 

Inoltre, questi tipi di oscillatori a rilassamento hanno un grande condensatore collegato attraverso il diodo Gunn per evitare il bruciamento del dispositivo a causa di segnali di ampiezza elevata.Infine, va notato che gli oscillatori a diodo Gunn sono ampiamente utilizzati come trasmettitori e ricevitori radio, sensori di rilevamento della velocità, amplificatori parametrici, sorgenti radar, sensori di monitoraggio del traffico, sensori di movimento, sensori di vibrazione remoti, tachimetri di velocità rotazionale, monitor di contenuto di umidità, transceiver a microonde (Gunnplexers) e nel caso di apertura automatica delle porte, sistemi di allarme antifurto, radar della polizia, reti LAN senza fili, sistemi di prevenzione degli incidenti, freni anti bloccaggio, sistemi di sicurezza pedonale, ecc.