Gunn dioda oscilators: Kas tas ir? (Teorija & Darbības princips)

Kas ir Gunn dioda oscilators?

Gunn dioda oscilators (arī pazīstami kā Gunn oscilatori vai pārnesta elektrona ierīce oscilator) ir lēta mikroviļņu enerģijas avots un sastāv no Gunn diodas vai pārnesta elektrona ierīces (TED) kā galvenā komponenta. Tie veic līdzīgu funkciju kā Reflex Klystron Oscillators. Gunn oscilatoros Gunn dioda tiek novietota rezonančajā cavietē. Gunn oscilators sastāv no diviem galvenajiem komponentiem: (i) DC slodze un (ii) strobāžas shēma.

Kā darbojas Gunn dioda kā oscilators

DC slodze

Gunn diodā, kad pieaug piemērotā DC slodze, strāva sāk pieaugt sākotnējā stadijā, kas turpinās līdz slodziens sprieguma līmenim. Pēc tam strāva turpina samazināties, kamēr spriegums pieaug līdz bojājuma spriegumam. Šis apgabals, kas izplešas no virsotnes līdz leju, tiek saukts par negatīvo pretestību reģionu (Attēls 1).

Šī Gunn diodas īpašība kopā ar tās laika īpašībām padara to par oscilatoru, ja caur to plūst optimāla vērtība strāvas. Tas jo īpaši notiek, jo ierīces negatīvās pretestības īpašība neutralizē jebkuru reālo pretestību, kas eksistē šķērsejā.

Tas rezultē ilgstošu oscilāciju ģenerēšanā, kamēr DC slodze pastāv, nepieļaujot oscilāciju pieaugumu. Tālāk, rezultāta oscilāciju amplitūda tiks ierobežota ar negatīvās pretestības reģiona robežām, kā tas redzams Attēlā 1.

Strobāžas shēma

Gunn oscilatoros oscilāciju frekvence būtībā atkarīga no Gunn diodas vidējā aktīvā slāņa. Tomēr rezonančā frekvence var tikt strobēta ārēji gan mehāniski, gan elektroniski. Elektroniskā strobāžas shēmā kontrolēšana var tikt veikta, izmantojot viļņcelni, mikroviļņu cavieti, varactor diodu vai YIG sfēru.

Šeit dioda tiek montēta cavietē tā, ka tā kompensē rezonatora zudumu, radot oscilācijas. Savukārt mehāniskā strobāžā cavietes izmērs vai magnētiskais lauks (YIG sfēriem) tiek mehāniski maiņots, izmantojot, piemēram, pielāgošanas skrūvi, lai strobētu rezonančo frekvenci.

Šādi oscilatori tiek izmantoti, lai ģenerētu mikroviļņu frekvences no 10 GHz līdz dažiem THz, kā to nosaka rezonančās cavietes dimensijas. Parasti koaksilā un mikrostreifas/plaknas bāzētas oscilatoru dizainiem raksturīga zema jaudas faktora vērtība un mazāka stabilitāte temperatūras ziņā. Savukārt viļņcelņu un dielektrikā rezonatora stabilizēto shēmu dizainiem ir lielāks jaudas faktors un tos vieglāk padarīt termiski stabili.

Attēls 2 parāda koaksilās rezonatora bāzētu Gunn oscilatoru, kas tiek izmantots, lai ģenerētu frekvences no 5 līdz 65 GHz. Šeit, mainoties piemērotajam spriegumam Vb, Gunn diodas izraisītās svārstības ceļojas pa cavieti, atstarojas no tās otras beigu un atgriežas savā sākumpunktā pēc laika t, kas dāts ar

kur l ir cavietes garums, un c ir gaismas ātrums. No šejienes var deducēt Gunn oscilatora rezonančās frekvences vienādojumu ar

kur n ir pusviļņu skaits, kas var ietilpt cavietē dotajai frekvencei. Šis n ir no 1 līdz l/ctd, kur td ir laiks, kas nepieciešams Gunn diodai, lai reaģētu uz piemērotā sprieguma maiņām.

Šeit oscilācijas sākas, kad rezonatora slodze ir nedaudz lielāka nekā ierīces maksimālā negatīvā pretestība. Nākamajā posmā šīs oscilācijas pieaug amplitūdē, līdz Gunn diodas vidējā negatīvā pretestība kļūst vienāda ar rezonatora pretestību, pēc kura iegūst ilgstošas oscilācijas. Turklāt šādi relaksācijas oscilatori ir aprīkoti ar lielu kapacitoru, kas savienots ar Gunn diodu, lai izvairītos no ierīces iznīcināšanas dēļ lielas amplitūdas signāliem.

Visbeidzot, jāatzīmē, ka Gunn dioda oscilatori tiek plaši izmantoti kā radio transmitters un receivers, ātruma detektori, parametriskie paplašinātāji, radaru avoti, satiksmes monitorings, kustības detektori, attālināti vibrācijas detektori, rotācijas ātruma tahometri, mitruma satura monitori, mikroviļņu transceivers (Gunnplexers) un automātiskajās durvju atvēršanas sistēmās, slepkavu signalizācijā, policijas radaros, bezvadu LAN, satiksmes drošības sistēmās, ABS sistēmās, pēdestantu drošības sistēmās utt.

Paziņojums: Cienījamās oriģinālas, labas raksti vērts dalīties, ja tiek pārkāpts autortiesību likums, lūdzu, sazinieties, lai dzēstu.