O que é um Oscilador de Diodo Gunn?

O que é um Oscilador de Diodo Gunn?

Oscilador de Diodo Gunn

Um Oscilador de Diodo Gunn (também conhecido como oscilador Gunn ou dispositivo de transferência de elétrons) é uma fonte barata de energia de micro-ondas e compreende o diodo Gunn ou dispositivo de transferência de elétrons (TED) como seu componente principal. Eles desempenham uma função semelhante aos Osciladores Reflex Klystron.

 Nos osciladores Gunn, o diodo Gunn será colocado em uma cavidade ressonante. Um oscilador Gunn é composto por dois componentes principais: (i) Um viés DC e (ii) Um circuito de sintonia.

Como o Diodo Gunn Funciona como um Oscilador com Viés DC

No diodo Gunn, à medida que o viés DC aplicado aumenta, a corrente inicialmente aumenta até atingir a tensão de limiar. Além desse ponto, a corrente diminui conforme a tensão continua a aumentar até a tensão de ruptura. O intervalo do pico ao vale nesse comportamento forma o que é conhecido como região de resistência negativa.

A capacidade do diodo Gunn de exibir resistência negativa, combinada com suas propriedades de temporização, permite que ele funcione como um oscilador. Isso ocorre porque a resistência negativa contrabalanceia qualquer resistência real dentro do circuito, permitindo um fluxo de corrente ótimo.

Isso leva à geração de oscilações contínuas, desde que o viés DC seja mantido, embora a amplitude dessas oscilações esteja confinada dentro dos limites da região de resistência negativa. 

Circuito de Sintonia

No caso dos osciladores Gunn, a frequência de oscilação depende principalmente da camada ativa central do diodo Gunn. No entanto, a frequência ressonante pode ser sintonizada externamente, seja mecanicamente ou eletronicamente. No caso de um circuito de sintonia eletrônico, o controle pode ser realizado usando um guia de onda, uma cavidade de micro-ondas, um diodo varicap ou uma esfera YIG.

Neste caso, o diodo é montado dentro da cavidade de tal maneira que cancela a resistência de perda do ressonador, produzindo oscilações. Por outro lado, no caso de sintonia mecânica, o tamanho da cavidade ou o campo magnético (para esferas YIG) é variado mecanicamente, por exemplo, através de um parafuso de ajuste, para sintonizar a frequência ressonante.

Esses tipos de osciladores são usados para gerar frequências de micro-ondas que variam de 10 GHz a alguns THz, conforme determinado pelas dimensões da cavidade ressonante. Geralmente, os designs de osciladores baseados em coaxial e microstrip/plano têm fator de potência baixo e são menos estáveis em termos de temperatura.

Por outro lado, os designs de circuitos estabilizados por guia de onda e ressonador dielétrico têm maior fator de potência e podem ser facilmente estabilizados termicamente. A Figura 2 mostra um oscilador Gunn baseado em ressonador coaxial, usado para gerar frequências que variam de 5 a 65 GHz. Aqui, à medida que a tensão aplicada Vb é variada, as flutuações induzidas pelo diodo Gunn viajam ao longo da cavidade, refletem-se na outra extremidade e retornam ao seu ponto de partida após o tempo t dado por

Onde, l é o comprimento da cavidade e c é a velocidade da luz. A partir disso, a equação para a frequência ressonante do oscilador Gunn pode ser deduzida como

onde, n é o número de meias-ondas que podem se encaixar na cavidade para uma dada frequência. Este n varia de 1 a l/ct d onde td é o tempo necessário para o diodo Gunn responder às mudanças na tensão aplicada.

As oscilações são iniciadas quando a carga do ressonador é ligeiramente maior que a resistência negativa máxima do dispositivo. Em seguida, essas oscilações crescem em termos de amplitude até que a resistência negativa média do diodo Gunn se torne igual à resistência do ressonador, após o qual se obtêm oscilações sustentadas. 

Além disso, esses tipos de osciladores de relaxação possuem um capacitor grande conectado em paralelo com o diodo Gunn para evitar que o dispositivo queime devido a sinais de grande amplitude. Finalmente, é importante notar que os osciladores de diodo Gunn são amplamente utilizados como transmissores e receptores de rádio, sensores de detecção de velocidade, amplificadores paramétricos, fontes de radar, sensores de monitoramento de tráfego, detectores de movimento, detectores de vibração remota, tacômetros de velocidade de rotação, monitores de conteúdo de umidade, transceptores de micro-ondas (Gunnplexers) e em casos de abertura automática de portas, alarmes antifurto, radares policiais, LANs sem fio, sistemas de prevenção de colisões, freios antibloqueio, sistemas de segurança para pedestres, etc.