Gunn Diode Oscillator: Hvad er det? (Teori & arbejdsmåde)

Hvad er en Gunn-diode oscillator?

En Gunn-diode oscillator (også kendt som en Gunn oscillator eller transferred electron device oscillator) er en billig kilde til mikrobølge effekt og består af en Gunn-diode eller transferred electron device (TED) som deres hovedkomponent. De udfører en lignende funktion som Reflex Klystron Oscillators. I Gunn oscillators placeres Gunn-dioden i en resonant kavitet. En Gunn oscillator består af to hovedkomponenter: (i) En DC-bias og (ii) En justeringskreds.

Hvordan fungerer en Gunn-diode som en oscillator?

DC Bias

I tilfældet med Gunn-diode, når den anvendte DC-bias stiger, begynder strømmen at stige i den initielle fase, hvilket fortsætter indtil terskelspændingen. Efter dette fortsætter strømmen med at falde, mens spændingen stiger, indtil nedbruds-spændingen er nået. Dette område, der spænder fra top til dal, kaldes det negative modstandsområde (Figur 1).

Denne egenskab hos Gunn-diode sammen med dens tidsmæssige egenskaber gør, at den opfører sig som en oscillator, hvis en optimal værdi af strøm passerer gennem den. Dette skyldes, at den negative modstandsegenskab af enheden neutraliserer effekten af enhver reel modstand, der findes i kredsløbet.

Dette resulterer i frembringelsen af vedvarende svingninger, indtil DC bias er til stede, mens vekst af svingninger forhindres. Yderligere vil amplituden af de resulterende svingninger være begrænset af grænserne for det negative modstandsområde, som ses på Figur 1.

Justeringskreds

I tilfældet med Gunn oscillators, afhænger svingsfrekvensen primært af den midterste aktive lag i Gunn-dioden. Resonansfrekvensen kan dog justeres eksternt enten mekanisk eller elektrisk. I tilfældet med elektronisk justeringskreds, kan kontrollen bringes om bord ved hjælp af en bølgelæder, mikrobølge kavitet, varactor diode eller YIG kugle.

Her monteres dioden i kavitten på en måde, så den neutraliserer tab-modstanden i resonatoren, hvilket producerer svingninger. På den anden side, i tilfældet med mekanisk justering, varieres størrelsen af kavitten eller magnetfeltet (for YIG kugler) mekanisk ved hjælp af, f.eks., en justerings skru, for at justere resonansfrekvensen.

Disse typer oscillators bruges til at generere mikrobølgefrequencer fra 10 GHz til få THz, som bestemmes af dimensionerne på resonant kavitten. Normalt har coaxial- og mikrostrib/planar-baserede oscillator-designs lav effektfaktor og er mindre stabile i forhold til temperatur. På den anden side har bølgelæder- og dielektrisk resonator-stabiliserede kredsløbsdesigner højere effektfaktor og kan let blive gjort termisk stabile.

Figur 2 viser en coaxial resonator-baseret Gunn oscillator, der bruges til at generere frekvenser mellem 5 og 65 GHz. Her, når den anvendte spænding Vb varieres, rejser Gunn-diode-induceret fluctuationer sig langs kavitten, bliver reflekteret fra dens anden ende og når deres startpunkt efter tid t givet ved

Hvor l er længden af kavitten, og c er lysets hastighed. Derfra kan ligningen for den resonante frekvens af Gunn oscillator deduceres som

hvor n er antallet af halv-våg, der kan passe ind i kavitten for en given frekvens. Dette n rækker fra 1 til l/ctd, hvor td er tiden, det tager Gunn-diode at reagere på ændringer i den anvendte spænding.

Her initieres svingningerne, når belastningen af resonatoren er lidt højere end den maksimale negative modstand af enheden. Derefter vokser disse svingninger i amplitud, indtil den gennemsnitlige negative modstand af Gunn-diode bliver lig med modstanden af resonatoren, hvorefter man kan få vedvarende svingninger. Yderligere har disse slags relaxation oscillators en stor kapacitor forbundet over Gunn-diode for at undgå, at enheden brænder ud pga. store amplituder signaler.

Sidst, men ikke mindst, skal det bemærkes, at Gunn-diode oscillators anvendes meget som radiotransmittere og -modtagere, hastighedsdetekterende sensorer, parametrisk forstærkere, radar-kilder, trafikovervågningssensorer, bevegelsesdetektorer, fjern-vibrationsdetektorer, rotationshastighedstakometer, fugtighedsmålere, mikrobølge-transceivers (Gunnplexers) og i tilfælde af automatiske døråbnersystemer, indbrudsalarm, politiradar, trådløse LAN'er, kollisionundgåelsessystemer, anti-blocking-bræksystemer, fodgængersikkerhedssystemer osv.

Erklæring: Respektér originalen, godt indhold fortjener at deles. Hvis der er krænkelse af rettigheder, kontakt os for sletning.