مُضَبِّب ديود مُهَزِّز: ما هو؟ (النظرية ومبادئ العمل)

ما هو مذبذب ديود غان

مذبذب ديود غان (المعروف أيضًا باسم مذبذبات غان أو جهاز نقل الإلكترونات) هي مصدر رخيص للطاقة الميكروويف وتتكون بشكل أساسي من ديود غان أو جهاز نقل الإلكترونات (TED). تقوم هذه الأجهزة بوظيفة مشابهة لمذبذبات كلاسترون الرجعية. في مذبذبات غان، يتم وضع ديود غان في تجويف مرن. يتكون مذبذب غان من مكونين رئيسيين: (i) تيار التحيز المباشر و(ii) دارة التنغيم.

كيف يعمل ديود غان كمذبذب

التحيز المباشر

في حالة ديود غان، مع زيادة التيار التحيزي المباشر، يبدأ التيار في الزيادة في المرحلة الأولية، ويستمر حتى يصل إلى الجهد العتبة. بعد ذلك، يستمر التيار في الانخفاض مع زيادة الجهد حتى يصل إلى جهد الانهيار. هذا المنطقة التي تمتد من النقطة القصوى إلى نقطة الوادي تسمى منطقة المقاومة السالبة (الشكل 1).

هذه الخاصية لـ ديود غان بالإضافة إلى خصائصه الزمنية تجعله يعمل كمذبذب بشرط أن يتدفق تيار مثالي عبره. هذا لأن خاصية المقاومة السالبة للجهاز تلغي تأثير أي مقاومة حقيقية موجودة في الدائرة.

وهذا يؤدي إلى إنتاج تذبذبات مستمرة طالما يوجد التحيز المباشر ويمنع نمو التذبذبات. علاوة على ذلك، سيكون سعة التذبذبات الناتجة محدودة بحدود منطقة المقاومة السالبة كما هو واضح من الشكل 1.

دارة التنغيم

في حالة مذبذبات غان، يعتمد تردد التذبذب بشكل أساسي على الطبقة الوسطى الفعالة لـ ديود غان. ومع ذلك، يمكن تنغيم التردد الرنيني خارجيًا إما بميكانيكيًا أو كهربائيًا. في حالة دارة التنغيم الكهربائية، يمكن تحقيق السيطرة باستخدام موجة دليلية أو تجويف ميكروويف أو ديود متغير السعة أو كرة YIG.

هنا يتم تركيب الديود داخل التجويف بحيث يلغي مقاومة الخسارة للرنين، مما ينتج عنه تذبذبات. من ناحية أخرى، في حالة التنغيم الميكانيكي، يتم تغيير حجم التجويف أو المجال المغناطيسي (لكرة YIG) ميكانيكيًا بواسطة مثلاً برغي ضبط، لتنغيم التردد الرنيني.

تستخدم هذه الأنواع من المذبذبات لتوليد ترددات ميكروويف تتراوح من 10 جيجاهرتز إلى بضع تيراهيرتز، حسب أبعاد التجويف الرنيني. عادة ما تكون تصاميم المذبذبات القائمة على المحور المشترك والدارات المصغرة/المستوية ذات عامل قوة منخفض وأقل استقرارًا من حيث درجة الحرارة. من ناحية أخرى، فإن تصاميم الدارات المستقرة بالموجة الدليلية والرنيني العازل لها عامل قوة أكبر ويمكن جعلها مستقرة حراريًا بسهولة كبيرة.

يوضح الشكل 2 مذبذب غان القائم على تجويف محوري مشترك يستخدم لتوليد ترددات تتراوح بين 5 إلى 65 جيجاهرتز. هنا، عندما يتم تغيير الجهد Vb، تنتقل التقلبات الناجمة عن ديود غان عبر التجويف لتعكس من نهايته الأخرى وتصل إلى نقطة انطلاقها بعد وقت t المعطى بواسطة

حيث l هي طول التجويف و c هي سرعة الضوء. من هذا، يمكن استنتاج معادلة التردد الرنيني للمذبذب غان كالتالي

حيث n هو عدد الأمواج النصفية التي يمكن أن تناسب في التجويف لتردد معين. يتراوح n من 1 إلى l/ctd حيث td هو الوقت الذي يستغرقه ديود غان للرد على التغييرات في الجهد المطبق.

تبدأ التذبذبات عندما يكون تحميل الرنين أعلى قليلاً من أقصى مقاومة سالبة للجهاز. بعد ذلك، تنمو هذه التذبذبات في السعة حتى تصبح المقاومة السلبية المتوسطة لـ ديود غان مساوية للمقاومة للرنين، ومن ثم يمكن الحصول على تذبذبات مستمرة. علاوة على ذلك، تحتوي هذه الأنواع من المذبذبات الاسترخائية على كاباسيتور كبير متصل عبر ديود غان لتجنب احتراق الجهاز بسبب الإشارات ذات السعة الكبيرة.

أخيرًا، يجب ملاحظة أن مذبذبات ديود غان تستخدم بشكل واسع كأجهزة إرسال واستقبال إذاعية، وأجهزة استشعار للكشف عن السرعة، ومكبرات صوت معلمية، ومصادر رادار، وأجهزة استشعار لمراقبة المرور، وأجهزة استشعار حركة، وأجهزة استشعار اهتزاز بعيدة، وأجهزة قياس السرعة الدورانية، وأجهزة مراقبة محتوى الرطوبة، وأجهزة ترانسفير ميكروويف (Gunnplexers)، وفي حالة فتح الأبواب تلقائيًا، وأنظمة إنذار السرقة، وأجهزة رادار الشرطة، وأجهزة الشبكات المحلية اللاسلكية، وأنظمة تجنب الاصطدام، وأنظمة الفرامل المانعة للانغلاق، وأنظمة سلامة المشاة، وغيرها.

بيان: احترم الأصلي، المقالات الجيدة تستحق المشاركة، إذا كان هناك انتهاك يرجى التواصل للحذف.