Šta je generator na bazi diode Gunna?

Šta je generator na Gunn dijodu?

Generator na Gunn dijodu

Generatori na Gunn dijodima (poznati i kao generatori prenijetog elektrona) su jeftini izvor mikrovalne snage i sastoje se od Gunn dijoda ili uređaja za prenos elektrona (TED) kao glavnog komponenta. Oni obavljaju sličnu funkciju kao i generatori na refleksnim klistronima.

U generatorima na Gunn dijodima, Gunn dijod se smješta u rezonantnu šaku. Generator na Gunn dijodu sastoji se od dva glavna komponenta: (i) strujni napon postajanja i (ii) sklop za podešavanje.

Kako radi Gunn dijod kao generator sa strujnim napajanjem

U Gunn dijodu, kako se povećava primijenjeni strujni napon postajanja, struja inicijalno raste dok ne doseže pragovu napetost. Iznad toga tačka, struja opada dok se napetost nastavlja povećavati do napetosti razbuna. Interval od vrha do doline u ovom ponašanju formira ono što se naziva regija negativnog otpora.

Gunn dijodova sposobnost da pokazuje negativni otpor, kombinirana sa njegovim vremenskim osobinama, omogućava mu da funkcionira kao generator. To se dešava zato što negativni otpor suprotstavlja bilo kojem stvarnom otporu unutar kruga, omogućavajući optimalnu tok struje.

To dovodi do generisanja kontinualnih oscilacija, sve dok se održava strujni napon postajanja, iako je amplituda tih oscilacija ograničena granicama regiona negativnog otpora. 

Sklop za podešavanje

U slučaju generatora na Gunn dijodima, frekvencija oscilacija uglavnom zavisi od srednje aktivne slojeve Gunn dijoda. Međutim, rezonantna frekvencija se može podešavati vanjski mehaničkim ili električkim sredstvima. U slučaju električkog sklopa za podešavanje, kontrola se može ostvariti korišćenjem valovoda ili mikrovalne šake ili varaktora dijoda ili YIG sfere.

Ovdje je dijod montiran unutar šake na način da anulira gubitni otpor rezonatora, proizvodeći oscilacije. S druge strane, u slučaju mehaničkog podešavanja, dimenzije šake ili magnetsko polje (za YIG sfere) se mehanički variraju, recimo putem prilagođavajućeg šrafa, kako bi se podešala rezonantna frekvencija.

Ovi tipovi generatora koriste se za generisanje mikrovalnih frekvencija koje se kreću od 10 GHz do nekoliko THz, u zavisnosti od dimenzija rezonantne šake. Obično coaxijalni i mikrostrip/planarni dizajni generatora imaju niski faktor snage i manju stabilnost u pogledu temperature.

S druge strane, dizajni generatora bazirani na valovodu i dielektričkom rezonatoru imaju veći faktor snage i mogu lako biti termalno stabilizirani. Slika 2 prikazuje generator na Gunn dijodu baziran na coaxijalnom rezonatoru koji se koristi za generisanje frekvencija u rasponu od 5 do 65 GHz. Ovdje, kako se menja primijenjeni napon Vb, fluktuacije indukovane Gunn dijodom putuju duž šake, odbijaju se sa druge strane i vraćaju na svoje početno mesto nakon vremena t datog sa

Gdje je l dužina šake, a c brzina svetlosti. Iz ovoga se može izvesti jednačina za rezonantnu frekvenciju generatora na Gunn dijodu kao

gdje je n broj poluvolna koji mogu da stane u šaku za datu frekvenciju. Ovaj n se kreće od 1 do l/ctd gdje je t_d vrijeme potrebno Gunn dijodu da reaguje na promene primijenjenog napona.

Oscilacije se započinju kada opterećenje rezonatora bude malo veće od maksimalnog negativnog otpora uređaja. Zatim te oscilacije rastu u pogledu amplitude dok prosječni negativni otpor Gunn dijoda ne postane jednak otporu rezonatora, nakon čega se dobijaju održive oscilacije. 

Dopunski, ovakvi generatori relaksacije imaju veliki kondenzator spojen paralelno s Gunn dijodom kako bi se spriječilo sagorevanje uređaja zbog signala velike amplitude. Konačno, važno je napomenuti da su generatori na Gunn dijodima ekstenzivno korišćeni kao radio predajnici i primaoci, senzori za detektovanje brzine, parametrički pojačavači, izvori za radar, senzori za nadgledanje saobraćaja, detektori pokreta, daljinski detektori vibracija, tahometri za merenje obrtne brzine, monitori sadržaja vlage, mikrovalni transceiveri (Gunnpleksi) i u slučajevima automatskih otvarača vrata, alarma protiv krađe, policajskih radara, bežičnih LAN-a, sistema za sprečavanje sudara, anti-blokirnih kočnica, sistema za sigurnost pešaka itd.