Oscillatore a Diodo Gunn: Cos'è? (Teoria e Principio di Funzionamento)

Cos'è un Oscillatore a Diodo Gunn

Un Oscillatore a Diodo Gunn (anche noto come oscillatori Gunn o dispositivo di trasferimento elettronico oscillatore) sono una fonte economica di potenza a microonde e comprendono un diodo Gunn o dispositivo di trasferimento elettronico (TED) come componente principale. Svolgono una funzione simile agli Oscillatori Reflex Klystron. Negli oscillatori Gunn, il diodo Gunn sarà posizionato in una cavità risonante. Un oscillatore Gunn è composto da due componenti principali: (i) una polarizzazione continua e (ii) un circuito di taratura.

Come funziona un Diodo Gunn come Oscillatore

Polarizzazione Continua (DC)

Nel caso del diodo Gunn, man mano che la polarizzazione continua applicata aumenta, la corrente inizia ad aumentare nella fase iniziale, continuando fino alla tensione soglia. Dopo questo, la corrente continua a diminuire mentre la tensione aumenta fino a raggiungere la tensione di rottura. Questa regione, che si estende dal picco al punto di valle, è chiamata regione di resistenza negativa (Figura 1).

Questa proprietà del diodo Gunn, insieme alle sue proprietà temporali, lo fa comportare come un oscillatore purché scorra attraverso di esso un valore ottimale di corrente. Questo perché, la proprietà di resistenza negativa del dispositivo annulla l'effetto di qualsiasi reale resistenza esistente nel circuito.

Questo porta alla generazione di oscillazioni sostenute finché la polarizzazione continua è presente, impedendo la crescita delle oscillazioni. Inoltre, l'ampiezza delle oscillazioni risultanti sarà limitata dai limiti della regione di resistenza negativa, come evidenziato dalla Figura 1.

Circuito di Taratura

Nel caso degli oscillatori Gunn, la frequenza di oscillazione dipende principalmente dallo strato attivo centrale del diodo Gunn. Tuttavia, la frequenza risonante può essere tarata esternamente meccanicamente o elettronicamente. Nel caso di un circuito di taratura elettronico, il controllo può essere portato a termine utilizzando una guida d'onda o una cavità a microonde o un diodo varattore o una sfera YIG.

Qui il diodo è montato all'interno della cavità in modo tale da annullare la resistenza di perdita del risonatore, producendo oscillazioni. D'altra parte, nel caso di taratura meccanica, la dimensione della cavità o il campo magnetico (per le sfere YIG) viene variato meccanicamente, ad esempio, tramite un vite di regolazione, per tarare la frequenza risonante.

Questi tipi di oscillatori vengono utilizzati per generare frequenze a microonde che vanno da 10 GHz a pochi THz, come deciso dalle dimensioni della cavità risonante. Solitamente, i disegni di oscillatori basati su coassiali e microstrip/pianari hanno un fattore di potenza basso e sono meno stabili in termini di temperatura. D'altra parte, i disegni basati su guide d'onda e circuiti stabilizzati da risonatori dielettrici hanno un fattore di potenza maggiore e possono essere resi facilmente stabili termicamente.

La Figura 2 mostra un oscillatore Gunn basato su un risonatore coassiale che viene utilizzato per generare frequenze comprese tra 5 e 65 GHz. Qui, man mano che la tensione Vb applicata varia, le fluttuazioni indotte dal diodo Gunn viaggiano lungo la cavità per essere riflesse dall'altro capo e tornare al loro punto di partenza dopo un tempo t dato da

Dove, l è la lunghezza della cavità e c è la velocità della luce. Da questo, l'equazione per la frequenza risonante dell'oscillatore Gunn può essere dedotta come

dove, n è il numero di mezze onde che possono adattarsi nella cavità per una determinata frequenza. Questo n varia da 1 a l/ctd dove td è il tempo impiegato dal diodo Gunn per rispondere ai cambiamenti nella tensione applicata.

Qui le oscillazioni iniziano quando il carico del risonatore è leggermente superiore alla massima resistenza negativa del dispositivo. Successivamente, queste oscillazioni crescono in termini di ampiezza fino a quando la resistenza negativa media del diodo Gunn diventa uguale alla resistenza del risonatore, dopodiché si possono ottenere oscillazioni sostenute. Inoltre, questi tipi di oscillatori a rilassamento hanno un grande condensatore connesso attraverso il diodo Gunn per evitare il bruciamento del dispositivo a causa dei segnali di ampiezza elevata.

Infine, va notato che gli oscillatori a diodo Gunn sono ampiamente utilizzati come trasmettitori e ricevitori radio, sensori di rilevamento della velocità, amplificatori parametrici, fonti radar, sensori di monitoraggio del traffico, rilevatori di movimento, rilevatori di vibrazione remota, tachimetri di velocità rotazionale, monitor di umidità, transceiver a microonde (Gunnplexer) e nel caso di apertura automatica delle porte, allarmi antifurto, radar della polizia, LAN senza fili, sistemi di prevenzione degli incidenti, freni antibloccaggio, sistemi di sicurezza pedonale, ecc.

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