Oscillateur à diode Gunn : Qu'est-ce que c'est ? (Théorie & principe de fonctionnement)

Qu'est-ce qu'un oscillateur à diode Gunn

Un oscillateur à diode Gunn (également connu sous le nom d'oscillateurs Gunn ou dispositif à transfert d'électrons oscillateur) sont une source bon marché de puissance micro-onde et comprennent une diode Gunn ou un dispositif à transfert d'électrons (TED) comme composant principal. Ils remplissent une fonction similaire aux oscillateurs klystron réflexes. Dans les oscillateurs Gunn, la diode Gunn est placée dans une cavité résonante. Un oscillateur Gunn se compose de deux composants principaux : (i) Un biais continu et (ii) Un circuit d'accord.

Comment fonctionne une diode Gunn en tant qu'oscillateur

Biais continu

Dans le cas de la diode Gunn, lorsque le biais continu appliqué augmente, le courant commence à augmenter au stade initial, ce qui continue jusqu'à la tension seuil. Après cela, le courant continue de diminuer alors que la tension augmente jusqu'à ce que la tension de rupture soit atteinte. Cette région, qui s'étend du pic au point de vallée, est appelée la région de résistance négative (Figure 1).

Cette propriété de la diode Gunn, ainsi que ses propriétés temporelles, la font se comporter comme un oscillateur si une valeur optimale de courant circule à travers elle. Cela est dû au fait que la propriété de résistance négative du dispositif annule l'effet de toute résistance réelle existant dans le circuit.

Cela entraîne la génération d'oscillations soutenues jusqu'à ce que le biais continu soit présent, tout en empêchant la croissance des oscillations. De plus, l'amplitude des oscillations résultantes sera limitée par les limites de la région de résistance négative, comme le montre la Figure 1.

Circuit d'accord

Dans le cas des oscillateurs Gunn, la fréquence d'oscillation dépend principalement de la couche active centrale de la diode Gunn. Cependant, la fréquence résonante peut être réglée de manière externe, soit mécaniquement, soit électriquement. Dans le cas d'un circuit d'accord électronique, le contrôle peut être apporté en utilisant un guide d'ondes ou une cavité micro-onde ou une diode varicap ou une sphère YIG.

Ici, la diode est montée à l'intérieur de la cavité de telle manière qu'elle annule la résistance de perte du résonateur, produisant des oscillations. D'autre part, dans le cas de l'accord mécanique, la taille de la cavité ou le champ magnétique (pour les sphères YIG) est modifiée mécaniquement, par exemple, à l'aide d'une vis de réglage, afin de régler la fréquence résonante.

Ces types d'oscillateurs sont utilisés pour générer des fréquences micro-ondes allant de 10 GHz à quelques THz, selon les dimensions de la cavité résonante. Généralement, les conceptions d'oscillateurs basées sur des coaxiaux et des microbandes/plans ont un facteur de puissance faible et sont moins stables en termes de température. D'autre part, les conceptions de circuits stabilisés par guide d'ondes et résonateurs diélectriques ont un facteur de puissance plus élevé et peuvent être rendus thermiquement stables, assez facilement.

La Figure 2 montre un oscillateur Gunn basé sur un résonateur coaxial utilisé pour générer des fréquences allant de 5 à 65 GHz. Ici, lorsque la tension Vb est modifiée, les fluctuations induites par la diode Gunn se propagent le long de la cavité, se réfléchissent à l'autre extrémité et reviennent à leur point de départ après un temps t donné par

Où, l est la longueur de la cavité et c est la vitesse de la lumière. À partir de cela, l'équation pour la fréquence résonante de l'oscillateur Gunn peut être déduite comme suit

où, n est le nombre de demi-ondes qui peuvent s'adapter dans la cavité pour une fréquence donnée. Ce n varie de 1 à l/ctd où td est le temps nécessaire à la diode Gunn pour répondre aux changements de la tension appliquée.

Ici, les oscillations commencent lorsque le chargement du résonateur est légèrement supérieur à la résistance négative maximale du dispositif. Ensuite, ces oscillations grandissent en termes d'amplitude jusqu'à ce que la résistance négative moyenne de la diode Gunn devienne égale à la résistance du résonateur, après quoi on peut obtenir des oscillations soutenues. De plus, ces types d'oscillateurs de relaxation ont un grand condensateur connecté en parallèle avec la diode Gunn afin d'éviter la destruction du dispositif en raison des signaux de grande amplitude.

Enfin, il convient de noter que les oscillateurs à diode Gunn sont largement utilisés comme émetteurs-récepteurs radio, capteurs de détection de vitesse, amplificateurs paramétriques, sources radar, capteurs de surveillance du trafic, détecteurs de mouvement, détecteurs de vibration à distance, tachymètres de vitesse de rotation, moniteurs de teneur en humidité, transpondeurs micro-ondes (Gunnplexers) et dans le cas des ouvre-portes automatiques, alarmes anti-intrusion, radars de police, réseaux locaux sans fil, systèmes d'évitement de collision, freins antiblocage, systèmes de sécurité piétonnière, etc.

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