Vad är en Gunn-diod oscillator?

Vad är en Gunn-diodeoscillator?

Gunn-diodeoscillator

En Gunn-diodeoscillator (även känd som Gunn-oscillator eller transferred electron device oscillator) är en billig källa till mikrovågskraft och består av en Gunn-diode eller transferred electron device (TED) som huvudkomponent. De utför en liknande funktion som Reflex Klystron Oscillators.

I Gunn-oscillatorer placeras Gunn-dioden i en resonant kammare. En Gunn-oscillator består av två huvuddelar: (i) en DC-bias och (ii) en styrkrets.

Hur en Gunn-diode fungerar som en oscillator med DC-bias

I en Gunn-diode ökar strömmen först när den tillämpade DC-biasen ökar, tills den når tröskelvoltaget. Efter detta punkt minskar strömmen när voltaget fortsätter att öka upp till brytningsvoltaget. Spannet från toppen till dalen i detta beteende bildar det som kallas den negativa resistansregionen.

Gunn-diodens förmåga att visa negativ resistans, kombinerat med dess tidsmässiga egenskaper, gör att den kan fungera som en oscillator. Detta inträffar eftersom den negativa resistansen motverkar all faktisk resistans inom kretsen, vilket möjliggör optimal strömflöde.

Detta leder till generering av kontinuerliga oscillationer så länge DC-biasen bibehålls, även om amplituden på dessa oscillationer begränsas inom gränserna för den negativa resistansregionen. 

Styrkrets

För Gunn-oscillatorer beror oscillationsfrekvensen huvudsakligen på den mittersta aktiva lagret i Gunn-dioden. Men resonansfrekvensen kan styras externt antingen mekaniskt eller elektroniskt. I fallet med elektroniska styrkretsar kan kontrollen uppnås genom användning av vågguide, mikrovågskammare, varactor-diode eller YIG-sfär.

Här monteras dioden inuti kammaren på ett sätt som neutraliserar förlustresistansen hos resonatorn, vilket ger upphov till oscillationer. Å andra sidan, i fallet med mekanisk styrning, varieras storleken på kammaren eller magnetfältet (för YIG-sfärer) mekaniskt, till exempel genom en justeringsknopp, för att ställa in resonansfrekvensen.

Dessa typer av oscillatorer används för att generera mikrovågsfrekvenser från 10 GHz till några THz, beroende på dimensionerna på resonantkammaren. Vanligtvis har coaxiala och mikrostrips/planbaserade oscillatordesigner låg effekt och är mindre stabila temperaturmässigt.

Å andra sidan har vågguide- och dielektriska resonatorstabiliserade kretsdesigner högre effekt och kan lätt göras termiskt stabila.Figur 2 visar en coaxial resonatorbaserad Gunn-oscillator som används för att generera frekvenser mellan 5 och 65 GHz. När det tillämpade spänningen Vb varieras, resulterar Gunn-diodeinducerade fluktuationer i att rese längs kammaren, reflekteras från dess andra ände och återvänder till sitt startpunkt efter tid t given av

Där l är kammarens längd och c är ljushastigheten. Ur detta kan ekvationen för Gunn-oscillatorns resonansfrekvens härledas som

där n är antalet halvvågor som kan passa in i kammaren för en given frekvens. Detta n varierar från 1 till l/ct d där td är den tid det tar för Gunn-dioden att reagera på förändringar i det tillämpade spänningen.

Här initieras oscillationerna när belastningen av resonatorn är något högre än den maximala negativa resistansen av enheten. Sedan växer dessa oscillationer i amplitud tills den genomsnittliga negativa resistansen av Gunn-dioden blir lika med resistansen av resonatorn, efter vilket man kan få hållbara oscillationer. 

Vidare har dessa typ av relaxationsoptimerade oscillatorer en stor kondensator kopplad över Gunn-dioden för att undvika bränning av enheten på grund av stora amplitudsignaler.Slutligen bör noteras att Gunn-diodeoscillatorer används omfattande som radiotransmitterare och -mottagare, hastighetsdetektorer, parametriska förstärkare, radar-källor, trafikövervakningsensorer, rörelsedetektorer, fjärrvibrationssensorer, rotationshastighetstachometer, fuktkontrollmonitorer, mikrovågtransceivers (Gunnplexers) och i fall av automatiska dörröppnare, inbrottsalarmer, polisradarer, trådlösa LAN, kollisionsskyddssystem, ABS, fotgängarsäkerhetssystem, etc.