건 다이오드 오실레이터란 무엇인가요?

건 다이오드 오실레이터란?

건 다이오드 오실레이터

건 다이오드 오실레이터(또는 전자 이동 장치 오실레이터)는 건 다이오드 또는 전자 이동 장치(TED)를 주요 구성 요소로 하는 저렴한 마이크로파 전력 소스입니다. 반사형 클리스트론 오실레이터와 유사한 기능을 수행합니다.

 건 오실레이터에서 건 다이오드는 공진 셔에 배치됩니다. 건 오실레이터는 두 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다: (i) DC 바이어스 및 (ii) 튜닝 회로.

건 다이오드가 오실레이터의 DC 바이어스로 작동하는 방법

건 다이오드에서 적용된 DC 바이어스가 증가함에 따라 전류는 처음에는 증가하다가 임계 전압에 도달합니다. 이 지점 이후로는 전압이 계속 증가해도 전류는 감소하며, 최종적으로 파괴 전압까지 도달합니다. 이 행동에서 피크에서 계곡까지의 구간은 음의 저항 영역으로 알려져 있습니다.

건 다이오드의 음의 저항을 나타내는 능력과 타이밍 특성은 이를 오실레이터로 작동할 수 있게 합니다. 음의 저항이 회로 내의 실제 저항을 상쇄하여 최적의 전류 흐름을 가능하게 하기 때문입니다.

이로 인해 DC 바이어스가 유지되는 한 연속적인 진동이 생성되지만, 이러한 진동의 진폭은 음의 저항 영역 내에 제한됩니다. 

튜닝 회로

건 오실레이터의 경우, 진동 주파수는 주로 건 다이오드의 중앙 활성층에 의존하지만, 외부적으로 기계적으로 또는 전기적으로 공진 주파수를 조정할 수 있습니다. 전자 튜닝 회로의 경우, 파이프라인이나 마이크로파 캐비티, 변압 다이오드 또는 YIG 구를 사용하여 제어할 수 있습니다.

여기서 다이오드는 캐비티 내부에 배치되어 공진기의 손실 저항을 상쇄하고 진동을 생성합니다. 반면 기계적 튜닝의 경우, 예를 들어 조정 나사를 사용하여 캐비티의 크기 또는 자기장(YIG 구의 경우)을 기계적으로 변경하여 공진 주파수를 조정합니다.

이러한 종류의 오실레이터는 공진 캐비티의 차원에 따라 10 GHz에서 몇 THz 범위의 마이크로파 주파수를 생성하는 데 사용됩니다. 일반적으로 동축 및 마이크로스트립/플레너 기반 오실레이터 설계는 출력이 낮고 온도 안정성이 떨어집니다.

 반면, 파이프라인 및 유전체 공진기 안정화 회로 설계는 출력이 더 크고 온도 안정성을 쉽게 얻을 수 있습니다. Figure 2는 5에서 65 GHz 범위의 주파수를 생성하기 위해 사용되는 동축 공진기 기반 건 오실레이터를 보여줍니다. 여기서 적용된 전압 Vb가 변화함에 따라 건 다이오드가 유발한 변동은 캐비티를 따라 다른 끝에서 반사되어 시작점으로 돌아오는 시간 t가 다음과 같습니다

여기서, l은 캐비티의 길이이고 c는 빛의 속도입니다. 이를 통해 건 오실레이터의 공진 주파수 방정식을 유도할 수 있습니다

여기서, n은 주어진 주파수에 대해 캐비티에 들어갈 수 있는 반파의 수입니다. 이 n은 1부터 l/ct d까지이며, td는 건 다이오드가 적용된 전압의 변화에 대응하는 데 걸리는 시간입니다.

여기서 진동은 공진기의 로딩이 장치의 최대 음의 저항보다 약간 높을 때 시작됩니다. 다음으로, 이러한 진동은 진폭이 증가하여 건 다이오드의 평균 음의 저항이 공진기의 저항과 같아질 때까지 지속됩니다. 그 후 지속적인 진동을 얻을 수 있습니다. 

더욱이, 이러한 종류의 이완 진동기는 큰 진폭 신호로 인한 장치의 소모를 방지하기 위해 건 다이오드에 큰 커패시터를 연결합니다. 마지막으로, 건 다이오드 오실레이터는 라디오 송수신기, 속도 감지 센서, 매개변수 증폭기, 레이다 원, 교통 모니터링 센서, 움직임 감지기, 원격 진동 감지기, 회전 속도 타코미터, 수분 함량 모니터, 마이크로파 트랜시버(Gunnplexers) 및 자동문 개폐기, 도둑 알람, 경찰 레이다, 무선 LAN, 충돌 회피 시스템, ABS, 보행자 안전 시스템 등에 널리 사용됩니다.