Oscilador de Diodo Gunn: Que é? (Teoría e Principio de Funcionamento)

Que é un oscilador de diodo Gunn

Un oscilador de diodo Gunn (tamén coñecido como osciladores Gunn ou dispositivo de electróns transferidos) son unha fonte barata de potencia de microondas e compóñense principalmente dun diodo Gunn ou dispositivo de electróns transferidos (TED). Realizan unha función semellante aos osciladores klystron reflexos. Nos osciladores Gunn, o diodo Gunn colócase nunha cavidade resonante. Un oscilador Gunn compónse de dous componentes principais: (i) un sesgo DC e (ii) un circuito de sintonización.

Como funciona un diodo Gunn como oscilador

Sesgo DC

No caso do diodo Gunn, á medida que aumenta o sesgo DC aplicado, a corrente comeza a aumentar na etapa inicial, o que continúa ata a tensión de limiar. Despois diso, a corrente continua a diminuír á medida que a tensión aumenta ata que se alcanza a tensión de ruptura. Esta rexión, que abrangue desde o pico ao punto de valle, chámase rexión de resistencia negativa (Figura 1).

Esta propiedade do diodo Gunn xunto cos seus tempos causa que se comporte como un oscilador se flúe un valor óptimo de corrente a través del. Isto é debido a que a propiedade de resistencia negativa do dispositivo anula o efecto de calquera resistencia real existente no circuito.

Isto resulta na xeración de oscilacións sostenidas mentres que o sesgo DC está presente, evitando o crecemento das oscilacións. Ademais, a amplitud das oscilacións resultantes estará limitada polos límites da rexión de resistencia negativa, como é evidente na Figura 1.

Circuito de sintonización

No caso dos osciladores Gunn, a frecuencia de oscilación depende principalmente da capa activa central do diodo Gunn. No entanto, a frecuencia resonante pode ser sintonizada externamente, tanto mecánica como eléctricamente. No caso do circuito de sintonización electrónico, o control pode lograrse usando un guía de ondas, unha cavidade de microondas, un diodo varactor ou unha esfera YIG.

Aquí o diodo montase dentro da cavidade de tal xeito que cancele a resistencia de perdas do resonador, producindo oscilacións. Por outro lado, no caso da sintonización mecánica, o tamaño da cavidade ou o campo magnético (para as esferas YIG) varían mecánicamente, por exemplo, mediante un parafuso de axuste, para sintonizar a frecuencia resonante.

Estes tipos de osciladores usanse para xerar frecuencias de microondas que van dende os 10 GHz ata uns poucos THz, segundo decidan as dimensións da cavidade resonante. Xeralmente, os diseños de osciladores basados en coaxial e microstrip/planar teñen un factor de potencia baixo e son menos estables en termos de temperatura. Por outro lado, os diseños de circuitos estabilizados con guías de ondas e resonadores dieléctricos teñen un maior factor de potencia e poden facerse termicamente estables, moi facilmente.

A figura 2 amosa un oscilador Gunn baseado en un resonador coaxial que se usa para xerar frecuencias que van dende os 5 ata os 65 GHz. Aquí, á medida que se varía a tensión Vb, as fluctuacións inducidas polo diodo Gunn viaxan ao longo da cavidade para reflicirse no seu outro extremo e volver ao seu punto de partida despois dun tempo t dado por

Onde, l é a lonxitude da cavidade e c é a velocidade da luz. A partir disto, a ecuación para a frecuencia resonante do oscilador Gunn pode deducirse como

onde, n é o número de medios ondas que poden caber na cavidade para unha frecuencia dada. Este n vaia dende 1 ata l/ctd onde td é o tempo necesario para que o diodo Gunn responda aos cambios na tensión aplicada.

As oscilacións iniciaranse cando a carga do resonador sexa ligeramente superior á máxima resistencia negativa do dispositivo. A continuación, estas oscilacións crecen en termos de amplitude até que a resistencia negativa media do diodo Gunn sexa igual á resistencia do resonador, despois do cal se pode obter oscilacións sostenidas. Ademais, estes tipos de osciladores de relaxación teñen un gran condensador conectado a través do diodo Gunn para evitar a quema do dispositivo debido ás grandes señales de amplitude.

Por último, hai que notar que os osciladores de diodo Gunn empreganse extensivamente como transmisores e receptores de radio, sensores de detección de velocidade, amplificadores paramétricos, fuentes de radar, sensores de monitorización de tráfico, detectores de movemento, detectores de vibración remota, tacómetros de velocidade de rotación, monitores de contido de humidade, transceptores de microondas (Gunnplexers) e no caso de abridores automáticos de portas, alarmas antirrobo, radares policiais, redes LAN sen fío, sistemas de evitación de colisión, freos antibloqueo, sistemas de seguridade peonil, etc.

Declaración: Respetar o orixinal, artigos boos merecen ser compartidos, se hai infracción contacta para eliminar.