דיודה גאן אוסילטור: מה זה? (תאוריה ועקרון פעולה)

מהו אוסילטור דיודה גאן

אוסילטור דיודה גאן (ידוע גם בשם אוסילטורי גאן או מכשיר מעבר אלקטרונים אוסילטור) הם מקור זול של כוח מיקרוגל ומכילים דיודה גאן או מכשיר מעבר אלקטרונים (TED) כרכיב העיקרי שלהם. הם מבצעים פונקציה דומה לזו של אוסילטורי קלייסטרון רפלקסיביים. באוסילטורי גאן, הדיודה גאן תוצב בחלל תהודה. אוסילטור גאן מורכב משני רכיבים עיקריים: (i) טרנספורמציית DC (ii) מעגל התניה.

איך עובדת דיודה גאן כאוסילטור

טרנספורמציה DC

במקרה של דיודה גאן, ככל שהטרנספורמציה DC המושכת עולה, הזרם מתחיל לעלות בשלב הראשוני, מה שמשתך עד לתחום הסף. לאחר מכן, הזרם מת tục לרדת כשהמתח עולה עד שמגיע למתח הפיצוץ. האזור הזה, המשתרע מהנקודה השיאית לנקודה הנמוכה, נקרא אזור ההתנגדות השלילית (איור 1).

תכונה זו של דיודה גאן יחד עם תכונות הזמן שלה גורמת לה להתנהג כאוסילטור בהינתן ערך אופטימלי של זרם העובר דרכה. זה כי התכונה של ההתנגדות השלילית של המכשיר מאפסת את השפעת כל התנגדות אמיתית הנמצאת במעגל.

זה גורם ליצירת תנודות מתמידות עד שהטרנספורמציה DC נוכחת תוך כדי מניעה של צמיחת התנודות. כמו כן, המשקל של התנודות המתקבלות יהיה מוגבל על ידי הגבולות של אזור ההתנגדות השלילית כפי שמראה איור 1.

מעגל התניה

במקרה של אוסילטורי גאן, תדירות התנודה תלויה בעיקר בשכבה האקטיבית האמצעית של דיודה גאן. עם זאת, ניתן להתאים את תדירות הרזוננס באופן חיצוני, בין אם מכני או חשמלי. במקרה של מעגל התניה אלקטרוני, ניתן להשיג שליטה באמצעות שימוש בווייגייד, חלל מיקרוגל או דיודה וארקטור או כדור YIG.

כאן הדioda מותקנת בתוך החלל כך שהיא מבטלת את ההתנגדות המאבדת של הרזונטור, ומפיקה תנודות. מצד שני, במקרה של התאמה מכנית, גודל החלל או השדה המגנטי (עבור כדור YIG) משתנה מכנית באמצעות, למשל, מסמר התאמה, כדי להתאים את תדירות הרזוננס.

אוסילטורים מסוג זה משמשים לייצור תדירויות מיקרוגל שנעות מ-10 GHz עד מספר THz, בהתאם לממדים של חלל הרזוננס. בדרך כלל, עיצובי אוסילטורים מבוססי קוואקסיאלים ומיקרוסטרייפ/פלנרים יש להם גורם כוח נמוך ולא יציב במונחים של טמפרטורה. לעומת זאת, עיצובי אוסילטורים מבוססי ווייגייד ומרדנים דילקטריים יציבים יותר בתמיכת הכוח יכולים להיות יציבים בטמפרטורה בקלות רבה.

איור 2 מציג אוסילטור גאן מבוסס חלל קוואקסיאלי המשמש לייצור תדירויות הנעות מ-5 עד 65 GHz. כאן, ככל שהמתח Vb משתנה, הפרעות המיוצרות על ידי דיודה גאן נעות לאורך החלל מתהפכות מהקצה השני שלו ומגיעות בחזרה לנקודת ההתחלה שלהם אחרי זמן t הנתון על ידי

כאשר, l הוא אורך החלל ו-c היא מהירות האור. מהמשוואה הזו, ניתן להסיק את משוואת תדירות הרזוננס של אוסילטור גאן כ

כאשר, n הוא מספר החצאי גליים שיכולים להכנס לתוך החלל עבור תדירות נתונה. n נע בין 1 ל-l/ctd כאשר td הוא הזמן שדioda גאן נוטה להגיב לשינויים במתח המושך.

התנודות מתחילות כאשר העומס של הרזונטור גדול מעט מההתנגדות השלילית המקסימלית של המכשיר. אז, התנודות גדלות במונחים של משקל עד שההתנגדות השלילית הממוצעת של דיודה גאן נעשית שווה להתנגדות של הרזונטור, ואחר כך אפשר לקבל תנודות מתמידות. בנוסף, אוסילטורים מסוג זה יש להם קפיץ גדול קונדנסטור מחובר על פני דיודה גאן כדי למנוע את שריפת המכשיר עקב אותות בעלי משקל גדול.

לבסוף, חשוב לציין כי אוסילטורי דיודה גאן משמשים באופן נרחב כמקרנים ומקלטים רדיו, חיישני מהירות, מגברים פרמטריים, מקורות רדאר, חיישני פיקוח תנועה, חיישני תנועה, חיישני רעידות מרוחקים, מדדי מהירות סיבוב, מוניטורי תוכן לחות, טראנססיברים מיקרוגל (גאנפלקסרים) ובמקרים של פתחי דלתות אוטומטיים, מערכות אבטחה, רדארים משטרתיים, רשתות LAN אלחוטיות, מערכותמניעת התנגשויות, מערכות בלמים אנטי-חסימה, מערכות בטיחות לחיילים, וכו'.

הצהרה: כבוד למקור, מאמרים טובים ראויים לשיתוף, אם קיים הפרת זכויות יוצרים נא ליצור קשר למחיקה.