دیود گان نوسان‌ساز: این چیست؟ (تئوری و اصل کار)

چه چیزی است اسیلاتور دایود گان؟

ا اسیلاتور دایود گان (که به آن همچنین اسیلاتورهای گان یا دستگاه منتقل کننده الکترون می‌گویند) اسیلاتور منبع ارزان قیمت انرژی رادیویی هستند و شامل دایود گان یا دستگاه منتقل کننده الکترون (TED) به عنوان مولفه اصلی خود می‌باشند. آنها عملکرد مشابهی با اسیلاتورهای رفلکس کلیستریون دارند. در اسیلاتورهای گان، دایود گان در یک حفره نوسانی قرار می‌گیرد. یک اسیلاتور گان از دو مولفه اصلی تشکیل شده است: (i) یک بایاس DC و (ii) یک مدار تنظیم.

چگونه دایود گان به عنوان یک اسیلاتور عمل می‌کند؟

بایاس DC

در صورت دایود گان، با افزایش بایاس DC اعمال شده، جریان در مرحله اولیه شروع به افزایش می‌کند که تا ولتاژ آستانه ادامه دارد. پس از آن، جریان با افزایش ولتاژ تا رسیدن به ولتاژ شکست ادامه دارد. این منطقه که از نقطه قله تا نقطه دره می‌گذرد، منطقه مقاومت منفی نامیده می‌شود (شکل 1).

این ویژگی دایود گان همراه با خصوصیات زمانی آن باعث می‌شود که به عنوان یک اسیلاتور عمل کند، شرط بر این است که مقدار بهینه جریان از طریق آن عبور کند. این به این دلیل است که، خاصیت مقاومت منفی دستگاه اثر هر نوع مقاومت واقعی موجود در مدار را خنثی می‌کند.

این امر منجر به تولید نوسانات پایدار تا زمانی که بایاس DC موجود باشد و رشد نوسانات را جلوگیری می‌کند. همچنین، دامنه نوسانات نتیجه‌ای توسط محدوده مقاومت منفی محدود خواهد شد، مانند آنچه از شکل 1 مشخص است.

مدار تنظیم

در صورت اسیلاتورهای گان، فرکانس نوسانی عمدتاً به لایه فعال میانی دایود گان بستگی دارد. با این حال، فرکانس رزونانس می‌تواند به صورت خارجی توسط وسایل مکانیکی یا الکتریکی تنظیم شود. در صورت مدار تنظیم الکترونیکی، کنترل می‌تواند با استفاده از یک موج‌بر یا حفره میکروویو یا دایود وارکتور یا کره YIG انجام شود.

در اینجا دایود به گونه‌ای داخل حفره نصب شده است که مقاومت از دست رفته رزوناتور را خنثی می‌کند و نوسانات تولید می‌کند. از طرف دیگر، در صورت تنظیم مکانیکی، اندازه حفره یا میدان مغناطیسی (برای کره‌های YIG) به صورت مکانیکی با استفاده از مثلاً یک پیچ تنظیم، برای تنظیم فرکانس رزونانس تغییر می‌کند.

این نوع از اسیلاتورها برای تولید فرکانس‌های میکروویو از 10 گیگاهرتز تا چند تراهرتز، به عنوان آنچه توسط ابعاد حفره رزونانس تعیین می‌شود، استفاده می‌شوند. معمولاً طراحی‌های اسیلاتورهای هم‌محور و میکرو stip/پلانار دارای عامل توان پایین و پایداری کمتر در دمای محیط هستند. از طرف دیگر، طراحی‌های موج‌بر و مدارهای پایدارساز رزوناتور دارای عامل توان بالاتری هستند و می‌توانند به سادگی پایدار حرارتی شوند.

شکل 2 یک اسیلاتور گان هم‌محور را نشان می‌دهد که برای تولید فرکانس‌های محدوده 5 تا 65 گیگاهرتز استفاده می‌شود. در اینجا با تغییر ولتاژ Vb، نوسانات ناشی از دایود گان در طول حفره حرکت کرده و از طرف دیگر آن بازتاب می‌یابند و پس از زمان t به نقطه شروع خود بازمی‌گردند که توسط

که l طول حفره و c سرعت نور است. از این رو، معادله فرکانس رزونانس اسیلاتور گان می‌تواند به دست آید

که n تعداد نیم‌موج‌هایی است که می‌توانند در حفره برای یک فرکانس خاص جای بگیرند. این n از 1 تا l/ctd می‌باشد که td زمانی است که دایود گان برای پاسخ به تغییرات ولتاژ اعمال شده لازم دارد.

در اینجا نوسانات زمانی آغاز می‌شود که بار حفره کمی بالاتر از مقاومت منفی ماکسیمم دستگاه باشد. سپس این نوسانات از نظر دامنه رشد می‌کنند تا زمانی که مقاومت منفی میانگین دایود گان با مقاومت حفره برابر شود و سپس نوسانات پایداری به دست می‌آید. همچنین، این نوع از اسیلاتورهای آرامشی دارای یک کapasitor بزرگی هستند که در مقابل دایود گان قرار دارد تا جلوی سوختن دستگاه به دلیل سیگنال‌های با دامنه بزرگ گرفته شود.

در نهایت، باید توجه داشت که اسیلاتورهای دایود گان به طور گسترده‌ای به عنوان ارسال‌کننده‌ها و گیرنده‌های رادیویی، سنسورهای تشخیص سرعت، تقویت‌کننده‌های پارامتری، منابع رادار، سنسورهای نظارت بر ترافیک، تشخیص حرکت، آشکارسازهای ارتعاش دور، سرعت‌سنج‌های دورانی، مانیتورهای محتوای رطوبت، ترانسفرس‌های میکروویو (Gunnplexers) و در موارد بازکننده‌های درب خودکار، آشکارسازهای دزدی، رادارهای پلیس، شبکه‌های محلی بی‌سیم، سیستم‌های جلوگیری از تصادف، سیستم‌های ترمز ضد قفل، سیستم‌های ایمنی پیاده‌رو، و غیره استفاده می‌شوند.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.