건 디오드 오스실레이터: 무엇인가? (이론 및 작동 원리)
건 다이오드 오실레이터란?
건 다이오드 오실레이터(또는 건 오실레이터 또는 전송 전자 장치 오실레이터)는 마이크로파 전력의 저렴한 출처이며, 건 다이오드 또는 전송 전자 장치(TED)를 주요 구성 요소로 합니다. 이들은 리플렉스 크릴스트론 오실레이터와 유사한 기능을 수행합니다. 건 오실레이터에서는 건 다이오드가 공진강에 위치하게 됩니다. 건 오실레이터는 두 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다: (i) DC 바이어스 및 (ii) 튜닝 회로.
건 다이오드가 오실레이터로서 작동하는 방법
DC 바이어스
건 다이오드의 경우, 적용된 DC 바이어스가 증가함에 따라 초기 단계에서 전류가 증가하기 시작하며, 임계 전압까지 계속됩니다. 그 후, 전류는 전압이 증가함에 따라 감소하면서 파괴 전압에 도달할 때까지 계속됩니다. 이 영역은 피크에서 밸리 점까지 확장되며, 이를 음의 저항 영역(그림 1)이라고 합니다.
건 다이오드의 이 속성과 타이밍 속성은 최적의 전류가 흐르는 경우 오실레이터처럼 작동하도록 합니다. 이는 장치의 음의 저항 속성이 회로 내에 존재하는 실제 저항의 효과를 상쇄하기 때문입니다.
이 결과, DC 바이어스가 존재하는 동안 지속적인 진동이 발생하며, 진동의 성장을 방지합니다. 또한, 결과적인 진동의 진폭은 그림 1에서 명확히 나타나는 음의 저항 영역의 한계에 의해 제한됩니다.
튜닝 회로
건 오실레이터의 경우, 진동 주파수는 주로 건 다이오드의 중간 활성층에 의존하지만, 공진 주파수는 기계적으로 또는 전기적으로 외부에서 조정할 수 있습니다. 전자 튜닝 회로의 경우, 제어는 웨이브 가이드 또는 마이크로파 캐비티 또는 바라케터 다이오드 또는 YIG 구를 사용하여 이루어질 수 있습니다.
여기서 다이오드는 캐비티 내부에 위치하여 공진기의 손실 저항을 상쇄하고 진동을 생성합니다. 반면, 기계적 튜닝의 경우, 캐비티의 크기 또는 자기장(YIG 구의 경우)는 조정 나사를 통해 기계적으로 변경되어 공진 주파수를 조정합니다.
이러한 종류의 오실레이터는 공진 캐비티의 차원에 따라 10 GHz에서 몇 THz 범위의 마이크로파 주파수를 생성하는데 사용됩니다. 일반적으로 동축 및 마이크로스트립/평면 기반 오실레이터 설계는 출력 인자가 낮고 온도 측면에서 안정성이 떨어집니다. 반면, 웨이브 가이드 및 유전체 공진기 안정화 회로 설계는 더 큰 출력 인자를 가지고 있으며, 온도 안정성을 쉽게 얻을 수 있습니다.
그림 2는 5에서 65 GHz 범위의 주파수를 생성하는 동축 공진기 기반 건 오실레이터를 보여줍니다. 여기서 적용된 전압 Vb가 변하면, 건 다이오드에 의해 발생한 변동이 캐비티를 따라 여행하여 다른 끝에서 반사되어 t 시간 후 다시 출발점으로 돌아옵니다.
여기서, l은 캐비티의 길이이고 c는 빛의 속도입니다. 이를 통해 건 오실레이터의 공진 주파수 방정식을 도출할 수 있습니다.
여기서, n은 주어진 주파수에 대해 캐비티에 맞춰 들어갈 수 있는 반파의 수입니다. 이 n은 1에서 l/ctd 범위이며, td는 건 다이오드가 적용된 전압의 변화에 반응하는 데 걸리는 시간입니다.
여기서 진동은 공진기의 로딩이 장치의 최대 음의 저항보다 약간 높을 때 시작됩니다. 다음으로, 이러한 진동은 진폭이 증가하여 건 다이오드의 평균 음의 저항이 공진기의 저항과 같아질 때까지 지속되며, 그 후에는 지속적인 진동을 얻을 수 있습니다. 또한, 이러한 종류의 완화 오실레이터는 건 다이오드에 대형 콘덴서가 연결되어 큰 진폭 신호로 인해 장치가 소모되는 것을 방지합니다.
마지막으로, 건 다이오드 오실레이터는 라디오 송신기 및 수신기, 속도 감지 센서, 매개변수 증폭기, 레이다 원, 교통 모니터링 센서, 움직임 감지기, 원격 진동 감지기, 회전 속도 타코미터, 습도 콘텐츠 모니터, 마이크로파 트랜시버(Gunnplexers) 및 자동문 열림기, 침입 알람, 경찰 레이다, 무선 LAN, 충돌 회피 시스템, ABS, 보행자 안전 시스템 등에 광범위하게 사용되고 있습니다.
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