Gunn Diodový Oscilátor: Co to je? (Teorie a princip fungování)

Co je Gunnův diodový oscilátor?

Gunnův diodový oscilátor (známý také jako Gunnův oscilátor nebo oscilátor s přenosným elektronem) jsou levný zdroj mikrovlnného výkonu a jejich hlavní komponentou je Gunnova dioda nebo přenosná elektronová zařízení (TED). Funkčně se podobají Reflexním klystronovým oscilátorům. V Gunnových oscilátorech bude Gunnova dioda umístěna v rezonanční dutině. Gunnův oscilátor se skládá ze dvou hlavních komponent: (i) DC polarizace a (ii) čidlo ladění.

Jak funguje Gunnova dioda jako oscilátor

DC polarizace

V případě Gunnovy diody, když se zvyšuje aplikovaná DC polarizace, proud na počátku roste, což pokračuje až do dosažení prahového napětí. Po této fázi nadále klesá proud, zatímco napětí stoupá, až do dosažení prahového napětí pro protržení. Tato oblast, která sahá od vrcholu k údolí, se nazývá oblast negativního odporu (Obrázek 1).

Tato vlastnost Gunnovy diody spolu s jejími časovými vlastnostmi způsobují, že se chová jako oscilátor, pokud skrz něj protéká optimální hodnota proudu. To je proto, že negativní odporová vlastnost zařízení vyrovnává efekt jakéhokoli reálného odporu existujícího v obvodu.

To vedou ke generování udržitelných oscilací, dokud je přítomná DC polarizace, a zabrání růstu oscilací. Dále bude amplituda výsledných oscilací omezena hranicemi oblasti negativního odporu, jak je zřejmé z Obrázku 1.

Čidlo ladění

V případě Gunnových oscilátorů primárně závisí frekvence oscilací na střední aktivní vrstvě Gunnovy diody. Nicméně rezonanční frekvenci lze externě ladit buď mechanicky, nebo elektricky. V případě elektronického čidla ladění může kontrolu zajišťovat vlnovod, mikrovlnná dutina nebo varikap nebo YIG sféra.

Zde je dioda umístěna uvnitř dutiny tak, aby vyrušila ztrátový odpor rezonátoru, což vede k vytvoření oscilací. Na druhou stranu, v případě mechanického ladění, se velikost dutiny nebo magnetické pole (pro YIG sféry) mění mechanicky, například pomocí upínací šroubu, aby byla naladěna rezonanční frekvence.

Tyto typy oscilátorů se používají k generování mikrovlnných frekvencí od 10 GHz až po několik THz, jak je určeno rozměry rezonanční dutiny. Obvykle mají koaxiální a mikropásově/základově založené návrhy oscilátorů nízký faktor výkonu a jsou méně stabilní ohledně teploty. Na druhou stranu, vlnovodové a dielektrické rezonátorové stabilizační obvodové návrhy mají vyšší faktor výkonu a mohou být snadno termicky stabilizovány.

Obrázek 2 ukazuje koaxiální rezonátor založený Gunnův oscilátor, který se používá k generování frekvencí od 5 do 65 GHz. Zde, když se mění aplikované napětí Vb, fluktuace způsobené Gunnovou diodou cestují po dutině, odrážejí se z druhého konce a vracejí se zpět na svůj počáteční bod po čase t daném

Kde l je délka dutiny a c je rychlost světla. Z tohoto lze odvodit rovnici pro rezonanční frekvenci Gunnova oscilátoru jako

kde n je počet polovln, které se vejde do dutiny pro danou frekvenci. Tento n sahá od 1 do l/ctd, kde td je čas, který potřebuje Gunnova dioda na reakci na změny aplikovaného napětí.

Oscilace se iniciují, když je zatížení rezonátoru mírně vyšší než maximální negativní odpor zařízení. Poté tyto oscilace rostou v amplitudě, dokud průměrný negativní odpor Gunnovy diody nezačne odpovídat odporu rezonátoru, po kterém lze získat udržitelné oscilace. Dále tyto relaxační oscilátory mají velký kapacitor připojený přes Gunnovu diodu, aby se zabránilo shoření zařízení kvůli velkým amplitudám signálů.

Nakonec je třeba poznamenat, že Gunnovy diodové oscilátory se rozsáhle používají jako rádiové vysílače a přijímače, senzory detekce rychlosti, parametrické zesilovače, zdroje radaru, senzory sledování provozu, pohybové čidlo, vzdálené čidlo vibrací, čidlo otáček, monitory obsahu vlhkosti, mikrovlnné transceivery (Gunnplexery) a v případě automatických dveří, poplachů proti loupeživosti, policejních radarů, bezdrátových LAN, systémů pro prevenci kolizí, systémů ABS, systémů pro bezpečnost pěších, atd.

Prohlášení: Respektujte originál, dobré články stojí za sdílení, pokud dojde k porušení autorských práv, obraťte se prosím na nás pro smazání.