Gunn диоден осцилатор: Какво е това? (Теория и принцип на действие)

Какво е диоден осцилатор на Гън?

Диодният осцилатор на Гън (известен също като осцилатор на Гън или устройство за прехвърляне на електрони) са дешев източник на микровълнова мощност и включват диод на Гън или устройство за прехвърляне на електрони (TED) като основен компонент. Те изпълняват подобна функция като рефлексни клистронни осцилатори. В осцилаторите на Гън, диодът на Гън се поставя в резонансна каверна. Осцилаторът на Гън се състои от два основни компонента: (i) DC напрежение и (ii) тюнингова верига.

Как работи диодът на Гън като осцилатор

DC напрежение

В случая с диода на Гън, когато приложено DC напрежение увеличава, токът започва да се увеличава в началния етап, което продължава до праговото напрежение. След това, токът продължава да намалява, докато напрежението се увеличава, докато не се достигне напрежението за пробив. Този регион, който обхваща от върха до долината, се нарича регион на отрицателно съпротивление (Фигура 1).

Това свойство на диода на Гън, заедно с неговите времеви характеристики, причинява той да се държи като осцилатор, ако оптимална стойност на тока протича през него. Това е така, защото, отрицателното съпротивление на устройството нейтрализира ефекта на всяко реално съпротивление, съществуващо в веригата.

Това води до генериране на устойчиви колебания, докато DC напрежението е налично, предотвратявайки растежа на колебанията. По-нататък, амплитудата на резултантните колебания ще бъде ограничена от границите на региона на отрицателното съпротивление, както е видимо от Фигура 1.

Тюнингова верига

В случая с осцилатори на Гън, честотата на колебанията в основата зависи от средния активен слой на диода на Гън. Обаче резонансната честота може да се тюнира външно, механически или електрически. В случая с електронна тюнингова верига, контролът може да се осъществи чрез използване на хвърчило или микровълнова каверна или варикап или сфера YIG.

Тук диодът е монтиран в каверната по такъв начин, че да компенсира загубното съпротивление на резонатора, произвеждайки колебания. От друга страна, в случая с механичен тюнинг, размерът на каверната или магнитното поле (за сфери YIG) се изменя механично чрез, да кажем, регулираща винт, за да се тюнира резонансната честота.

Тези типове осцилатори се използват за генериране на микровълнови честоти от 10 ГХц до няколко ТХц, както е определено от размерите на резонансната каверна. Обикновено дизайнерските решения на осцилатори с коаксиална и микропас/планарна база имат нисък фактор на мощност и са по-малко стабилни спрямо температурата. От друга страна, дизайнерските решения с хвърчило и диелектричен резонатор са с по-голям фактор на мощност и могат лесно да бъдат термично стабилизирани.

Фигура 2 показва коаксиален резонатор, основан на осцилатор на Гън, който се използва за генериране на честоти от 5 до 65 ГХц. Тук, когато приложено напрежение Vb се изменя, колебанията, индуцирани от диода на Гън, пътуват по каверната, за да се отразят от другия й край и да се завърнат на началната си точка след време t, зададено от

Където l е дължината на каверната, а c е скоростта на светлината. От тук, уравнението за резонансната честота на осцилатора на Гън може да се изведе като

където n е броят на половините вълни, които могат да се поберат в каверната за дадена честота. Този n варира от 1 до l/ctd, където td е времето, необходимо на диода на Гън, за да отговори на промените в приложеното напрежение.

Тук колебанията започват, когато товарването на резонатора е леко по-високо от максималното отрицателно съпротивление на устройството. След това, тези колебания растат по амплитуда, докато средното отрицателно съпротивление на диода на Гън стане равно на съпротивлението на резонатора, след което може да се получат устойчиви колебания. По-нататък, тези видове релаксационни осцилатори имат голям кондензатор, свързан паралелно с диода на Гън, за да се избегне изгарянето на устройството поради големите амплитуди на сигнала.

Накрая, трябва да се отбележи, че осцилаторите на Гън се използват широко като радиоизлъчватели и приемници, сензори за детектиране на скорост, параметрични усилватели, източници за радари, сензори за мониторинг на трафика, детектори на движение, дистанционни детектори на вибрации, тахометри за ротационна скорост, монитори за съдържание на влага, микровълнови трансивери (Gunnplexers) и в случаите с автоматически откриващи врати, охранителни системи, полицейски радари, безжични LAN, системи за избягване на сблъсъци, антиблокиращи тормози, системи за безопасност на пешеходците и т.н.

Изявление: Почитайте оригинала, добри статии са ценни за споделяне, ако има нарушение на правата върху авторската собственост, моля, се обратете за изтриване.