อะไรคือออสซิลเลเตอร์ไดโอดกันน์

Gunn Diode Oscillator คืออะไร?

Gunn Diode Oscillator

Gunn Diode Oscillator (หรือเรียกว่า Gunn oscillator หรือ transferred electron device oscillator) เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานไมโครเวฟที่ราคาถูกและประกอบด้วย Gunn diode หรือ transferred electron device (TED) เป็นส่วนสำคัญ ทำงานคล้ายคลึงกับ Reflex Klystron Oscillators.

ใน Gunn oscillators, Gunn diode จะถูกวางไว้ในช่องรีโซแนนต์ Gunn oscillator ประกอบด้วยสองส่วนหลัก: (i) DC bias และ (ii) วงจรปรับความถี่.

การทำงานของ Gunn Diode ในฐานะ Oscillator DC Bias

ใน Gunn diode เมื่อแรงดัน DC bias ที่ใช้เพิ่มขึ้น กระแสจะเพิ่มขึ้นจนกระทั่งถึงแรงดันเกณฑ์ หลังจากจุดนี้ กระแสจะลดลงเมื่อแรงดันยังคงเพิ่มขึ้นจนถึงแรงดัน breakdown ส่วนระหว่างจุดสูงสุดและจุดต่ำสุดในพฤติกรรมนี้เรียกว่าภูมิภาคความต้านทานลบ.

ความสามารถของ Gunn diode ในการแสดงความต้านทานลบที่รวมกับสมบัติการจับเวลา ทำให้สามารถทำงานเป็นออสซิลเลเตอร์ได้ เนื่องจากความต้านทานลบต้านทานความต้านทานจริงภายในวงจร ทำให้กระแสไหลอย่างเหมาะสม.

สิ่งนี้นำไปสู่การสร้างการแกว่งต่อเนื่องตราบใดที่ DC bias ยังคงอยู่ แม้ว่าแอมปลิจูดของการแกว่งจะถูกจำกัดอยู่ภายในขอบเขตของภูมิภาคความต้านทานลบ.

วงจรปรับความถี่

ในกรณีของ Gunn oscillators ความถี่การแกว่งขึ้นอยู่กับชั้นกลางที่ทำงานของ Gunn diode อย่างไรก็ตาม ความถี่รีโซแนนต์สามารถปรับได้โดยวิธีเชิงกลหรือวิธีเชิงไฟฟ้า ในกรณีของวงจรปรับความถี่แบบอิเล็กทรอนิกส์ การควบคุมสามารถทำได้โดยใช้ waveguide หรือ microwave cavity หรือ varactor diode หรือ YIG sphere.

ที่นี่ diode ถูกติดตั้งภายในช่องรีโซแนนต์ในลักษณะที่ยกเลิกความต้านทานสูญเสียของรีโซแนนต์ ทำให้เกิดการแกว่ง ทางตรงกันข้าม ในกรณีของการปรับความถี่เชิงกล ขนาดของช่องรีโซแนนต์หรือสนามแม่เหล็ก (สำหรับ YIG spheres) ถูกเปลี่ยนแปลงโดยวิธีเชิงกล เช่น โดยใช้สกรูปรับ เพื่อปรับความถี่รีโซแนนต์.

ประเภทของออสซิลเลเตอร์เหล่านี้ถูกใช้เพื่อกำเนิดความถี่ไมโครเวฟตั้งแต่ 10 GHz ถึงไม่กี่ THz ตามขนาดของช่องรีโซแนนต์ โดยทั่วไปการออกแบบออสซิลเลเตอร์แบบ coaxial และ microstrip/planar มีปัจจัยกำลังต่ำและมีความเสถียรน้อยในแง่ของอุณหภูมิ.

ทางตรงกันข้าม การออกแบบวงจรที่มีความเสถียรโดยใช้ waveguide และ dielectric resonator มีปัจจัยกำลังสูงและสามารถทำให้มีความเสถียรทางความร้อนได้ง่าย รูปที่ 2 แสดงออสซิลเลเตอร์ Gunn ที่ใช้ resonator แบบ coaxial ซึ่งใช้เพื่อกำเนิดความถี่ตั้งแต่ 5 ถึง 65 GHz ที่นี่เมื่อแรงดัน Vb ที่ใช้เปลี่ยนแปลง ความผันผวนที่เกิดจาก Gunn diode จะเดินทางไปตามช่องรีโซแนนต์เพื่อสะท้อนกลับจากปลายอีกด้านหนึ่งและกลับมาที่จุดเริ่มต้นหลังจากเวลา t ที่กำหนดโดย

ที่ l คือความยาวของช่องรีโซแนนต์และ c คือความเร็วแสง จากนี้ สมการสำหรับความถี่รีโซแนนต์ของ Gunn oscillator สามารถคำนวณได้เป็น

ที่ n คือจำนวนครึ่งคลื่นที่สามารถเข้าไปในช่องรีโซแนนต์สำหรับความถี่ที่กำหนด ซึ่ง n อยู่ระหว่าง 1 ถึง l/ct d ที่ td คือเวลาที่ Gunn diode ใช้ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดันที่ใช้.

ที่นี่ การแกว่งจะเริ่มต้นเมื่อการโหลดของรีโซแนนต์สูงกว่าความต้านทานลบสูงสุดของอุปกรณ์เล็กน้อย ต่อมา การแกว่งจะเพิ่มขึ้นในแง่ของแอมปลิจูดจนกว่าความต้านทานลบเฉลี่ยของ Gunn diode จะเท่ากับความต้านทานของรีโซแนนต์ แล้วจึงได้การแกว่งที่ยั่งยืน.

นอกจากนี้ ออสซิลเลเตอร์ชนิด relaxation นี้มีตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ต่อขนานกับ Gunn diode เพื่อป้องกันการไหม้ของอุปกรณ์จากสัญญาณแอมปลิจูดสูง. สุดท้าย ควรทราบว่า Gunn diode oscillators ถูกใช้อย่างกว้างขวางในเครื่องส่งและรับวิทยุ, เซนเซอร์ตรวจจับความเร็ว, parametric amplifiers, แหล่งกำเนิด radar, เซนเซอร์ตรวจสอบการจราจร, เซนเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหว, เซนเซอร์ตรวจจับการสั่นสะเทือนระยะไกล, ตัววัดความเร็วรอบ, เครื่องวัดความชื้น, ทรานซีฟเวอร์ไมโครเวฟ (Gunnplexers) และในกรณีของระบบเปิดประตูอัตโนมัติ, ระบบเตือนภัย, รังสีตำรวจ, wireless LANs, ระบบป้องกันการชน, ระบบเบรก ABS, ระบบความปลอดภัยสำหรับคนเดินเท้า ฯลฯ.