Kaj je generator z Gunnovim diodami?

Kaj je oscilator s Gunn diodo?

Oscilator s Gunn diodo

Oscilator s Gunn diodo (tudi znan kot Gunnov oscilator ali prenašalnik elektronov) je poceni vir mikrovalovske moči in se sestavlja iz Gunn diode ali prenašalnika elektronov (TED) kot glavne komponente. Izvajajo podobno funkcijo kot reflexni klistronski oscilatorji.

V Gunnovih oscilatorjih bo Gunn dioda postavljena v resonančno štolnjo. Oscilator s Gunn diodo se sestoji iz dveh glavnih komponent: (i) DC napetosti in (ii) načrta za nalaganje.

Kako deluje Gunn dioda kot oscilator s DC naložbo

V Gunn diodi, ko se poveča uporabljena DC naložba, tok najprej raste, dokler ne doseže pragovno napetost. Za to točko tok pada, čeprav napetost nadaljuje s povečevanjem do prikrivne napetosti. Območje od vrha do doline v tem obnašanju tvori tisto, kar je znano kot območje negativnega upora.

Gunn diodina sposobnost, da kaže negativni upor, združena z njenimi časovnimi lastnostmi, omogoča, da deluje kot oscilator. To se zgodi, ker negativni upor nasprotno deluje proti vsem dejanskim uporom v vezju, kar omogoča optimalen pretok toka.

To vodi do ustvarjanja zveznih oscilacij, če se ohranja DC naložba, čeprav amplituda teh oscilacij ostane znotraj mej območja negativnega upora. 

Načrt za nalaganje

V primeru Gunnovih oscilatorjev primarno odvisna frekvenca oscilacije od sredinskega aktivnega sloja Gunn diode. Vendar pa se lahko resonančna frekvenca zunaj nastavi bule mehanske ali električne metode. V primeru elektronskega načrta za nalaganje, nadzor se lahko doseže z uporabo valovoda ali mikrovalovske štolnje ali varactor diode ali YIG sfere.

Tukaj je dioda nameščena znotraj štolnje tako, da odpove izgubni upor resonatorja, kar povzroča oscilacije. Na drugi strani, v primeru mehanskega nalaganja, velikost štolnje ali magnetno polje (za YIG sfere) se spremeni mehansko z uporabo, recimo, prilagoditvenega vijačnega ključa, da bi se nalagala resonančna frekvenca.

Te vrste oscilatorjev se uporabljajo za generiranje mikrovalovskih frekvenc, ki segajo od 10 GHz do nekaj THz, kot je določeno z dimenzijami resonantne štolnje. Navadno so osnovni in mikropasovni/planarni načrti oscilatorjev z nizkim faktorjem moči in manj stabilni glede na temperaturo.

Na drugi strani imajo valovodi in dielektrični resonator stabilizirani načrti večji faktor moči in jih je mogoče zelo enostavno termično stabilizirati.Slika 2 prikazuje koaksialni resonator z Gunn diodo, ki se uporablja za generiranje frekvenc med 5 in 65 GHz. Ko se spreminja uporabljena napetost Vb, se Gunn diodne fluctuacije premikajo skozi štolnjo, da se odražejo na drugem koncu in se vrnijo na svojo začetno točko po času t, ki je dan z

Kjer je l dolžina štolnje in c hitrost svetlobe. Tukaj lahko izpeljemo enačbo za resonančno frekvenco Gunnovega oscilatorja kot

kjer je n število polvalov, ki se lahko prilegi v štolnjo za dano frekvenco. Ta n sega od 1 do l/ctd, kjer je t_d čas, ki ga potrebuje Gunn dioda, da odgovori na spremembe uporabljenih napetosti.

Tu se začnejo oscilacije, ko je nalaganje resonatorja malce višje od maksimalnega negativnega upora naprave. Nato te oscilacije rastjo glede na amplitudo, dokler povprečni negativni upor Gunn diode ne postane enak uporu resonatorja, po čemer dobimo vzdržljive oscilacije. 

Dodatno, ta vrsta relaksacijskih oscilatorjev ima veliki kondenzator, povezan preko Gunn diode, da se izognemo pregoru naprave zaradi signalov z veliko amplitudo.Zadnje, je treba opozoriti, da so oscilatorji s Gunn diodo obsežno uporabljeni kot radijski oddajniki in sprejemniki, senzorji za merjenje hitrosti, parametrični posiljevalniki, viri radarjev, senzorji za spremljanje prometa, detektorji gibanja, oddaljeni detektorji vibracij, rotacijski hitrostni tahometri, nadzorniki vlažnosti, mikrovalovski transceiverji (Gunnplexeri) in v primeru avtomatskih odpiralnikov vrata, alarmi za kraje, policajski radari, brezžični LAN-i, sistemi za izogibanje trkom, anti-blokirni braki, sistemi za varnost pešcev itd.