Oscilator diode Gunn: Što je to? (Teorija i načelo rada)

Što je Gunn diodni oscilator?

Gunn diodni oscilator (poznat i kao Gunn oscilator ili uredaj za prijenos elektrona) predstavlja jeftin izvor mikrovalne snage i sastoji se od Gunn diode ili uređaja za prijenos elektrona (TED) kao glavnog komponenta. Oni obavljaju sličnu funkciju kao Refleksni Klistronski Oscilatori. U Gunn oscilatorima, Gunn dioda smještena je u rezonantnu špilju. Gunn oscilator sastoji se od dvije glavne komponente: (i) DC struja i (ii) sklop za podmjeravanje.

Kako Gunn dioda radi kao oscilator

DC struja

U slučaju Gunn diode, kako se povećava primijenjena DC struja, struja počinje rasti na početnoj fazi, što se nastavlja do pragovnog napona. Nakon toga, struja nastavlja padaći dok se napon povećava sve do napona proloma. Ova regija koja se proteže od vrha do doline, naziva se regija negativnog otpora (Slika 1).

Ova osobina Gunn diode zajedno s njenim vremenskim svojstvima uzrokuje da se ponaša kao oscilator ako kroz nju teče optimalna vrijednost struje. To je zato što negativno otporno svojstvo uređaja neutralizira učinak bilo kakvog stvarnog otpora koji postoji u sklopu.

To rezultira generiranjem održivih oscilacija dok je prisutna DC struja, sprečavajući rast oscilacija. Nadalje, amplituda rezultirajućih oscilacija ograničena je granicama regije negativnog otpora, kao što je vidljivo na Slici 1.

Sklop za podmjeravanje

U slučaju Gunn oscilatora, frekvencija oscilacija uglavnom ovisi o srednjem aktivnom sloju Gunn diode. Međutim, rezonantna frekvencija može se vanjski podmjeriti mehaničkim ili električnim sredstvima. U slučaju električnog sklopa za podmjeravanje, kontrola može biti ostvarena korištenjem valovoda, mikrotalasne špilje, varactor diode ili YIG sfere.

Ovdje je dioda montirana unutar špilje na način da anulira gubitni otpor rezonatora, proizvodnju oscilacija. S druge strane, u slučaju mehaničkog podmjeravanja, veličina špilje ili magnetsko polje (za YIG sfere) varira mehanički putem, recimo, prilagođavajućeg vijaka, kako bi se podmjerila rezonantna frekvencija.

Ovi tipovi oscilatora koriste se za generiranje mikrotalasnih frekvencija koje se kreću od 10 GHz do nekoliko THz, ovisno o dimenzijama rezonantne špilje. Obično su osjetljivi dizajni bazirani na koaksijalnom i mikropas/pločnatom oscilatoru imaju niski faktor snage i manju stabilnost u pogledu temperature. S druge strane, dizajni bazirani na valovodu i dielektričnom rezonatoru imaju veći faktor snage i mogu se lako termički stabilizirati.

Slika 2 pokazuje koaksijalni rezonator baziran na Gunn oscilatoru koji se koristi za generiranje frekvencija u rasponu od 5 do 65 GHz. Ovdje, kako se mijenja primijenjeni napon Vb, fluktuacije inducirane Gunn diodom putuju duž špilje, odbijaju se sa druge strane i vraćaju na početnu točku nakon vremena t danog formulom

gdje je l duljina špilje, a c brzina svjetlosti. Iz toga može se izvesti jednadžba za rezonantnu frekvenciju Gunn oscilatora kao

gdje je n broj poluvala koji mogu upotpuniti špilju za zadanu frekvenciju. Ovaj n se kreće od 1 do l/ctd gdje je td vrijeme potrebno Gunn diodi da reagira na promjene primijenjenog napona.

Ovdje oscilacije započinju kada je opterećenje rezonatora malo veće od maksimalnog negativnog otpora uređaja. Zatim, ove oscilacije rastu u pogledu amplitude dok prosječni negativni otpor Gunn diode ne postane jednak otporu rezonatora, nakon čega se dobivaju održive oscilacije. Nadalje, ovakvi tipovi oscilatora opuštanja imaju veliki kapacitor spojen preko Gunn diode kako bi se spriječilo sagorevanje uređaja zbog velikih amplitudnih signala.

Napokon, treba napomenuti da se Gunn diodni oscilatori ekstenzivno koriste kao radio predajnici i prijemnici, senzori za otkrivanje brzine, parametrički pojačala, izvori radar signala, senzori za praćenje prometa, detektori pokreta, udaljeni detektori vibracija, rotacijski brojači okretaja, nadzorni uređaji vlaga, mikrotalasni transceiveri (Gunnplexeri) i u slučajevima automatskih otvarača vrata, alarma protiv krađe, policajskih radara, bezžičnih LAN-a, sustava za izbjegavanje sudara, sustava anti-blokade kočnica, sustava za sigurnost pešaka itd.

Izjava: Poštujte original, dobre članke vrijede podijeliti, ukoliko postoji kršenje autorskih prava kontaktirajte za brisanje.