Kas ir Gunn dioda oscilators?

Kas ir Gunn dioda oscilators?

Gunn dioda oscilators

Gunn dioda oscilators (arī pazīstami kā Gunn oscilatora vai pārnesuma elektrona ierīces oscilatori) ir lēta mikroviļņu jaudas avots un sastāv no Gunn diodas vai pārnesuma elektrona ierīces (TED) kā galvenā komponenta. Tie veic līdzīgu funkciju kā Reflex Klistrona oscilatori.

Gunn oscilatoros Gunn dioda tiek novietota rezonācijas kabatē. Gunn oscilators sastāv no diviem galvenajiem komponentiem: (i) DC strāvas izkartojums un (ii) strobāšanas shēma.

Kā darbojas Gunn dioda kā oscilators ar DC strāvas izkartojumu

Gunn diodā, kā pieaug aplikētā DC strāva, strāva sākotnēji pieauga, līdz sasniedz sliekšņa spriegumu. Pārsniedzot šo punktu, strāva samazinās, kamēr spriegums turpina pieaugt līdz sabloķēšanas spriegumam. Šis apgabals no virsotnes līdz lejākajam punktam veido to, kas pazīstams kā negatīvās pretestības reģions.

Gunn diodas spēja rādīt negatīvo pretestību, kombinējot to ar tās laika īpašībām, ļauj tai darboties kā oscilatoram. Tas notiek tāpēc, ka negatīvā pretestība kompensē jebkuru faktisko pretestību šķērslī, ļaujot optimālai strāvas plūsmai.

Tas ved pie nepārtrauktām oscilācijām, tik ilgi, kamēr tiek uzturēts DC strāvas izkartojums, lai arī šo oscilāciju amplitūda ir ierobežota negatīvās pretestības reģiona robežās. 

Strobāšanas shēma

Gunn oscilatoru gadījumā oscilāciju frekvence bieži vien atkarīga no Gunn diodas vidējā aktīvā slāņa. Tomēr rezonācijas frekvenci var strobāt ārēji gan mehāniski, gan elektromagnētiski. Elektroniskās strobāšanas shēmas gadījumā kontrolēšanu var nodrošināt, izmantojot vāveglidi, mikroviļņu kabatu, varaktoru diodu vai YIG sfēru.

Šeit dioda tiek montēta kabatē tā, lai tā nomazinātu rezonatora zudumu pretestību, radot oscilācijas. Savukārt mehāniskās strobāšanas gadījumā kabatas izmērs vai magnētiskais lauks (YIG sfēru gadījumā) tiek mainīts mehāniski, piemēram, izmantojot pielāgošanas skrūvi, lai strobātu rezonācijas frekvenci.

Šādi veida oscilatori tiek izmantoti, lai ģenerētu mikroviļņu frekvences no 10 GHz līdz dažiem THz, kā to nosaka rezonācijas kabatas dimensijas. Parasti koaksialās un mikrostripla/planāras bāzes oscilatoru dizaini ir ar zemu jaudas faktoru un mazāk stabili temperatūras ziņā.

Savukārt vāveglides un dieletričes rezonatora stabilizēto shēmu dizaini ir ar lielāku jaudas faktoru un var viegli padarīt termiski stabili.2. attēls parāda koaksialās rezonatora bāzes Gunn oscilatoru, kas tiek izmantots, lai ģenerētu frekvences no 5 līdz 65 GHz. Šeit, mainot pielikto spriegumu Vb, Gunn diodas izraisītās fluktuācijas ceļo pa kabatu, atstarojas no tās otrā beiles un atgriežas savā sākumpunktā pēc laika t, kas ir aprēķināms ar formulu

kur l ir kabatas garums un c ir gaismas ātrums. No šīs formulas var izvest Gunn oscilatora rezonācijas frekvences vienādojumu kā

kur n ir pusviļņu skaits, kas var ieiet kabatā konkrētā frekvencē. Šis n ir no 1 līdz l/ct d, kur td ir laiks, kas nepieciešams Gunn diodai, lai reaģētu uz pieliktā sprieguma izmaiņām.

Šeit oscilācijas sākas, kad rezonatora ielādēšana ir nedaudz lielāka nekā ierīces maksimālā negatīvā pretestība. Tad šīs oscilācijas pieaug amplitūdē, līdz Gunn diodas vidējā negatīvā pretestība kļūst vienāda ar rezonatora pretestību, pēc tam var iegūt pastāvīgas oscilācijas. 

Turklāt šādi atpalicības oscilatori ir aprīkoti ar lielu kondensatoru, kas savienots pretēji Gunn diodai, lai izvairītos no ierīces nogalīšanās dēļ liela amplitūdes signāliem.Beidzot, jāatzīmē, ka Gunn dioda oscilatori tiek plaši izmantoti kā radio transmittētāji un saņēmēji, ātruma detektori, parametriskie pastiprinātāji, radaru avoti, satiksmes monitorēšanas sensori, kustības detektori, attālināti vibrācijas detektori, rotācijas ātruma tahometri, mitruma satura monitori, mikroviļņu transceivers (Gunnplexeri) un automātisku durvju atverējos, iebrukumu signalizācijā, policijas radaros, bezvadu LAN, sadursmes izvairīšanās sistēmās, anti-blokēšanas bremzēs, pedonīdu drošības sistēmās utt.