Hva er en Gunn-diodeoskillator?

Hva er en Gunn-diodeoskillator?

Gunn-diodeoskillator

En Gunn-diodeoskillator (også kjent som Gunn-oskillator eller overført elektronenhetsoskillator) er en billig kilde for mikrobølgeeffekt og består av en Gunn-diode eller overført elektronenhet (TED) som hovedkomponent. De utfører en liknende funksjon som refleks klystronoskillatorer.

 I Gunn-oskillatorer plasseres Gunn-dioden i en resonanshule. En Gunn-oskillator består av to hovedkomponenter: (i) En DC-forskyvning og (ii) En justeringskrets.

Hvordan en Gunn-diode fungerer som en oskillator med DC-forskyvning

I en Gunn-diode øker strømmen først når den påførte DC-forskyvningen økes, til den når terskelspenningsnivået. Etter dette punktet synker strømmen mens spenningen fortsetter å øke opp til nedbrytningspotensialet. Spannet fra toppen til dalen i dette oppførsel utgjør det som kalles negativt motstandsområde.

Gunn-diodens evne til å vise negativ motstand, kombinert med dens tidsmessige egenskaper, lar den fungere som en oskillator. Dette skjer fordi den negative motstanden motarbeider all faktisk motstand i kretsen, noe som gjør at strømmen kan flyte optimalt.

Dette fører til generering av kontinuerlige svingninger så lenge DC-forskyvningen vedlikeholdes, selv om amplituden på disse svingningene er begrenset innenfor grensene for det negative motstandsområdet. 

Justeringskrets

I tilfellet Gunn-oskillatorer avhenger svingningsfrekvensen primært av den midterste aktive laget i Gunn-dioden. Imidlertid kan resonansfrekvensen justeres eksternt enten mekanisk eller elektrisk. I tilfellet elektronisk justeringskrets kan kontrollen oppnås ved bruk av en bølgjørder, mikrobølgehule, varaktordiode eller YIG-sfære.

Her monteres dioden inne i hulen på en måte slik at den nullstiller tapmotstanden i resonatoren, noe som produserer svingninger. På den andre siden, i tilfellet mekanisk justering, varieres størrelsen på hulen eller magnetfeltet (for YIG-sfærer) mekanisk, f.eks. ved hjelp av en justeringsskur, for å justere resonansfrekvensen.

Disse typene oskillatorer brukes til å generere mikrobølgefrequenser fra 10 GHz til noen THz, som bestemmes av dimensjonene på resonanshulen. Vanligvis har koaksiale og mikrostrib/plane baserte oskillatorener lav effektfaktor og er mindre stabile i forhold til temperatur.

 På den andre siden har bølgjørder- og dielektriske resonator-stabiliserte kretstopologier høyere effektfaktor og kan lett gjøres termisk stabile.Figur 2 viser en koaksial resonatorbasert Gunn-oskillator som brukes til å generere frekvenser fra 5 til 65 GHz. Her reiser Gunn-diodeinduserte fluktasjoner seg langs hulen for å bli reflektert fra den andre enden og komme tilbake til sin startpunkt etter tid t gitt ved

Hvor l er lengden på hulen og c er lyshastigheten. Fra dette kan ligningen for resonansfrekvensen for Gunn-oskillator deduseres som

hvor n er antall halvbølger som kan passe inn i hulen for en gitt frekvens. Dette n varierer fra 1 til l/ct d hvor td er tiden det tar Gunn-dioden å reagere på endringer i den påførte spenningen.

Her initieres svingningene når belastingen av resonatoren er litt høyere enn maksimal negative motstand av enheten. Deretter vokser disse svingningene i amplitud frem til gjennomsnittlig negativ motstand av Gunn-dioden blir lik motstanden av resonatoren, etter hvilket man kan få vedvarende svingninger. 

Videre har slike slakningsoskillatorer en stor kondensator koblet over Gunn-dioden for å unngå at enheten brenner ut grunnet store amplituder av signaler.Til slutt er det verdt å merke seg at Gunn-diodeoskillatorer blir omfattende brukt som radiosendere og -mottakere, fartsmålende sensorer, parametriske forsterkere, radar-kilder, trafikkovervåkningsensorer, bevegelsessensorer, fjernvibrasjonssensorer, rotasjonshastighetstakometer, fuktinnholdsovervåkere, mikrobølgetransceiver (Gunnplexere) og i tilfeller av automatiske døråpnere, innbruddsalarm, politiradar, trådløse LAN-er, kollisjonsunngåelsessystemer, anti-låsesbremsesystemer, fotgjengertryggheytssystemer, etc.