دیود گان: آن چیست؟ (تئوری و اصل کار)

دیود گان چیست؟

دیود گان (که به آن وسیله انتقال الکترون نیز می‌گویند) یک منبع ارزان قیمت برای تولید انرژی میکروویو هستند و شامل دیود گان یا وسیله انتقال الکترون (TED) به عنوان جزء اصلی خود می‌باشند. آنها عملکرد مشابه با اُسیلاتور رفلکس کلیسترون دارند. در اُسیلاتورهای گان، دیود گان در یک حفره رزونانس قرار می‌گیرد. یک اُسیلاتور گان از دو جزء اصلی تشکیل شده است: (i) یک بایاس مستقیم (DC) و (ii) یک مدار تنظیم.

چگونه دیود گان به عنوان یک اُسیلاتور عمل می‌کند؟

بایاس مستقیم (DC)

در مورد دیود گان، همان‌طور که بایاس مستقیم اعمالی افزایش می‌یابد، جریان در مرحله اولیه افزایش می‌یابد که تا ولتاژ آستانه ادامه دارد. پس از این، جریان با افزایش ولتاژ کاهش می‌یابد تا زمانی که به ولتاژ شکست می‌رسد. این منطقه که از نقطه قله تا نقطه دره می‌گذرد، منطقه مقاومت منفی (شکل ۱) نامیده می‌شود.

این ویژگی دیود گان همراه با خصوصیات زمانی آن باعث می‌شود که به عنوان یک اُسیلاتور عمل کند، به شرطی که مقدار بهینه جریان از طریق آن عبور کند. این به این دلیل است که، ویژگی مقاومت منفی دستگاه، اثر هر مقاومت واقعی موجود در مدار را لغو می‌کند.

این امر منجر به تولید نوسانات پایدار می‌شود تا زمانی که بایاس مستقیم (DC) وجود دارد و رشد نوسانات را جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، دامنه نوسانات حاصله توسط حدود منطقه مقاومت منفی محدود می‌شود، همان‌طور که از شکل ۱ آشکار است.

مدار تنظیم

در مورد اُسیلاتورهای گان، فرکانس نوسان اساساً به لایه فعال میانی دیود گان بستگی دارد. با این حال، فرکانس رزونانس می‌تواند به صورت خارجی با استفاده از روش‌های مکانیکی یا الکتریکی تنظیم شود. در مورد مدار تنظیم الکترونیکی، کنترل می‌تواند با استفاده از یک موج‌بر یا حفره میکروویو یا دیود واراکتور یا کره YIG انجام شود.

در اینجا دیود به گونه‌ای در داخل حفره نصب می‌شود که مقاومت اتلاف حفره را لغو کند و نوسانات تولید کند. از سوی دیگر، در مورد تنظیم مکانیکی، اندازه حفره یا میدان مغناطیسی (برای کره‌های YIG) با استفاده از مثلاً یک پیچک تنظیم مکانیکی تغییر می‌کند تا فرکانس رزونانس تنظیم شود.

این نوع اُسیلاتورها برای تولید فرکانس‌های میکروویو از ۱۰ گیگاهرتز تا چند تراهرتز، به شکلی که توسط ابعاد حفره رزونانس تعیین می‌شود، استفاده می‌شوند. معمولاً طراحی‌های اُسیلاتور مبتنی بر کوآکسیال و میکرواستریپ/پلانار دارای عامل توان پایین‌تر و کمتر پایدار در مواجهه با دما هستند. از سوی دیگر، طراحی‌های موج‌بر و مدارهای پایدارساز دی‌الکتریک دارای عامل توان بیشتری هستند و می‌توانند به راحتی پایدار حرارتی شوند.

شکل ۲ یک اُسیلاتور گان مبتنی بر رزوناتور کوآکسیال را نشان می‌دهد که برای تولید فرکانس‌های بین ۵ تا ۶۵ گیگاهرتز استفاده می‌شود. در اینجا، همان‌طور که ولتاژ Vb تغییر می‌کند، نوسانات ناشی از دیود گان در طول حفره حرکت می‌کنند 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 اُسیلاتور گان به صورت زیر استخراج می‌شود:

که n تعداد نیم‌موج‌هایی است که می‌توانند در حفره برای یک فرکانس خاص جای بگیرند. این n از ۱ تا l/ctd می‌باشد که td زمانی است که دیود گان برای واکنش به تغییرات ولتاژ اعمالی می‌گیرد.

در اینجا نوسانات زمانی شروع می‌شوند که بارگذاری رزوناتور کمی بالاتر از مقاومت منفی ماکزیمم دستگاه باشد. سپس این نوسانات از نظر دامنه رشد می‌کنند تا زمانی که مقاومت منفی میانگین دیود گان با مقاومت رزوناتور برابر شود و سپس نوسانات پایداری بدست می‌آید. علاوه بر این، این نوع اُسیلاتورهای رهاشونی دارای یک کندانسور بزرگ در موازی با دیود گان هستند تا از سوختن دستگاه به دلیل سیگنال‌های با دامنه بزرگ جلوگیری شود.

در نهایت، باید توجه داشت که اُسیلاتورهای دیود گان به طور گسترده‌ای به عنوان ارسال‌کننده‌ها و گیرنده‌های رادیویی، سنسورهای تشخیص سرعت، تقویت‌کننده‌های پارامتری، منابع رادار، سنسورهای نظارت بر ترافیک، دیتکتورهای حرکت، دیتکتورهای ارتعاش دور، تاشومترهای سرعت دورانی، مانیتورهای محتوای رطوبت، ترانسفسرهای میکروویو (Gunnplexers) و در موارد بازکننده‌های خودکار درب، سیستم‌های امنیتی، رادارهای پلیس، شبکه‌های محلی بی‌سیم، سیستم‌های جلوگیری از برخورد، سیستم‌های بستن 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.