Gunn Diode Oscillator: Τι είναι; (Θεωρία & Λειτουργικό Αρχή)

Τι είναι ένας Gunn Diode Oscillator

Ένας Gunn Diode Oscillator (επίσης γνωστός ως Gunn oscillator ή transferred electron device oscillator) είναι μια φθηνή πηγή μικροκυματικής ενέργειας και αποτελείται κυρίως από τον Gunn diode ή transferred electron device (TED). Εκτελούν παρόμοια λειτουργία με τους Reflex Klystron Oscillators. Στους Gunn oscillators, ο Gunn diode τοποθετείται σε μια συντονική κάμα. Ένας Gunn oscillator αποτελείται από δύο βασικά συστατικά: (i) DC bias και (ii) ένα σύστημα συντονισμού.

Πώς λειτουργεί ένας Gunn Diode ως Oscillator

DC Bias

Στην περίπτωση του Gunn diode, όταν το εφαρμοσμένο DC bias αυξάνει, ο ρεύματος αρχίζει να αυξάνει στην αρχική φάση, η οποία συνεχίζεται μέχρι την θραύση του voltage. Μετά από αυτό, ο ρεύμα συνεχίζει να μειώνεται όσο το voltage αυξάνει μέχρι να φτάσει στο breakdown voltage. Αυτή η περιοχή, η οποία εκτείνεται από το κορύφωμα μέχρι το βάθος, ονομάζεται περιοχή αρνητικής αντίστασης (Εικόνα 1).

Αυτή η ιδιότητα του Gunn diode, μαζί με τις χρονικές του ιδιότητες, τον κάνει να συμπεριφέρεται ως oscillator, με την προϋπόθεση ότι ένα βέλτιστο ποσό ρεύματος διαρρέει μέσα του. Αυτό συμβαίνει επειδή, η ιδιότητα της αρνητικής αντίστασης του συστήματος αναιρεί την επίδραση οποιασδήποτε πραγματικής αντίστασης που υπάρχει στο πλήρες.

Αυτό αποτελεί στην παραγωγή συνεχών κυμάτων μέχρι να υπάρχει το DC bias, ενώ προλαμβάνει την αύξηση των κυμάτων. Επιπλέον, η πλάτος των αποτελεσματικών κυμάτων θα περιορίζεται από τα όρια της περιοχής αρνητικής αντίστασης, όπως φαίνεται στην Εικόνα 1.

Κύκλωμα Συντονισμού

Στην περίπτωση των Gunn oscillators, η συχνότητα των κυμάτων εξαρτάται κυρίως από το μέσο ενεργό επίπεδο του Gunn diode. Ωστόσο, η συντονική συχνότητα μπορεί να ρυθμιστεί εξωτερικά ή μηχανικά ή ηλεκτρονικά. Στην περίπτωση του ηλεκτρονικού κυκλώματος, ο έλεγχος μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση ενός waveguide ή μιας μικροκυματικής κάμας ή varactor diode ή YIG sphere.

Εδώ ο diode είναι τοποθετημένος μέσα στην κάμα με τέτοιο τρόπο ώστε να ακυρώνει την αντίσταση απώλειας του συντονιστή, παράγοντας κύματα. Από την άλλη, στην περίπτωση της μηχανικής ρύθμισης, η μέγεθος της κάμας ή το μαγνητικό πεδίο (για YIG spheres) μπορεί να μεταβληθεί μηχανικά, για παράδειγμα, με τη χρήση ενός πινάκα ρύθμισης, προκειμένου να ρυθμιστεί η συντονική συχνότητα.

Αυτού του είδους οι oscillators χρησιμοποιούνται για την παραγωγή μικροκυματικών συχνοτήτων από 10 GHz έως λίγα THz, όπως αποφασίζεται από τις διαστάσεις της συντονικής κάμας. Συνήθως, τα σχεδιασμένα oscillators με co-axial και microstrip/planar έχουν χαμηλό παράγοντα δύναμης και είναι λιγότερο σταθερά ως προς τη θερμοκρασία. Από την άλλη, τα σχεδιασμένα oscillators με waveguide και dielectric resonator stabilized circuit έχουν μεγαλύτερο παράγοντα δύναμης και μπορούν εύκολα να γίνουν θερμικά σταθερά.

Η Εικόνα 2 δείχνει ένα coaxial resonator based Gunn oscillator το οποίο χρησιμοποιείται για την παραγωγή συχνοτήτων από 5 έως 65 GHz. Εδώ, όταν το εφαρμοσμένο voltage Vb μεταβάλλεται, οι διαταραχές που προκαλούνται από τον Gunn diode ταξιδεύουν κατά μήκος της κάμας, αντικατοπτρίζονται από το άλλο άκρο της και επιστρέφουν στο σημείο έναρξής τους μετά από χρόνο t, δεδομένο από

Όπου, l είναι το μήκος της κάμας και c είναι η ταχύτητα του φωτός. Από αυτό, η εξίσωση για τη συντονική συχνότητα του Gunn oscillator μπορεί να αποδειχθεί ως

όπου, n είναι το πλήθος των μισών κυμάτων που μπορούν να εγκατασταθούν στην κάμα για μια δεδομένη συχνότητα. Αυτό το n εκτείνεται από 1 έως l/ctd όπου td είναι ο χρόνος που χρειάζεται ο Gunn diode για να ανταποκριθεί στις αλλαγές του εφαρμοσμένου voltage.

Εδώ, τα κύματα ξεκινούν όταν η φορτίαση του συντονιστή είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από τη μέγιστη αρνητική αντίσταση του συστήματος. Στη συνέχεια, αυτά τα κύματα αυξάνουν σε πλάτος μέχρι να γίνει η μέση αρνητική αντίσταση του Gunn diode ίση με την αντίσταση του συντονιστή, μετά το οποίο μπορεί να παραχθούν συνεχή κύματα. Επιπλέον, αυτοί οι relaxation oscillators έχουν ένα μεγάλο capacitor συνδεδεμένο με τον Gunn diode για να αποφευχθεί η καταστροφή του συστήματος λόγω μεγάλων σημάτων πλάτους.

Τέλος, πρέπει να σημειωθεί ότι οι Gunn diode oscillators χρησιμοποιούνται εκτεταμένα ως ραδιοφωνικοί μεταδότες και λήψεις, αισθητήρες ανίχνευσης ταχύτητας, παραμετρικοί ενισχυτές, πηγές radar, αισθητήρες ελέγχου κυκλοφορίας, αισθητήρες κίνησης, αισθητήρες απομακρυσμένης ανίχνευσης δονήσεων, ταχομετρικά ρυθμόμετρα, αισθητήρες περιεχομένου υγρασίας, μικροκυματικοί transceivers (Gunnplexers) και στην περίπτωση αυτόματων πορτών, αλαρμών διαρρήξεων, ραδάρων αστυνομίας, wireless LANs, συστημάτων αποφυγής συγκρούσεων, συστημάτων αντισφολισμού, συστημάτων ασφάλειας πεζών, κλπ.

Δήλωση: Σεβαστείτε το πρωτότυπο, καλά άρθρα αξίζουν κοινοποίηση, αν υπάρχει παραβίαση πνευματικών δικαιωμάτων παρακαλώ επικοινωνήστε για διαγραφή.