गन डायोड ऑसिलेटर: यो के हो? (सिद्धांत र कामकाजको सिद्धांत)

गन डायोड ऑसिलेटर क्या है

एक गन डायोड ऑसिलेटर (जिसे गन ऑसिलेटर या स्थानांतरित इलेक्ट्रॉन डिवाइस ऑसिलेटर) माइक्रोवेव शक्ति का सस्ता स्रोत है और गन डायोड या स्थानांतरित इलेक्ट्रॉन डिवाइस (TED) को अपना प्रमुख घटक मानता है। वे रिफ्लेक्स क्लाइस्ट्रोन ऑसिलेटर की तरह एक समान कार्य करते हैं। गन ऑसिलेटर में, गन डायोड एक अनुनादी गुहा में रखा जाता है। एक गन ऑसिलेटर में दो प्रमुख घटक होते हैं: (i) डीसी बायस और (ii) ट्यूनिंग सर्किट।

गन डायोड ऑसिलेटर के रूप में कैसे काम करता है

डीसी बायस

गन डायोड के मामले में, जब लगाया गया डीसी बायस बढ़ता है, तो आरंभिक चरण में धारा बढ़ना शुरू हो जाती है, जो थ्रेशहोल्ड वोल्टेज तक जारी रहती है। इसके बाद, धारा बढ़ते वोल्टेज के साथ गिरती जाती है जब तक ब्रेकडाउन वोल्टेज तक नहीं पहुंचती। यह क्षेत्र जो चोटी से घाट तक फैला हुआ है, नकारात्मक प्रतिरोध क्षेत्र (फिगर 1) कहलाता है।

गन डायोड की यह गुणवत्ता और इसके समय गुण इसे एक ऑसिलेटर की तरह व्यवहार करने का कारण बनाते हैं, यदि इसमें एक आदर्श मान की धारा प्रवाहित होती है। इसका कारण यह है कि डिवाइस की नकारात्मक प्रतिरोध गुणवत्ता सर्किट में मौजूद किसी भी वास्तविक प्रतिरोध के प्रभाव को रद्द कर देती है।

इसके परिणामस्वरूप, जब तक डीसी बायस मौजूद है, तब तक निरंतर ऑसिलेशन उत्पन्न होती हैं, जिससे ऑसिलेशन की वृद्धि को रोका जाता है। इसके अलावा, परिणामी ऑसिलेशन का आयाम नकारात्मक प्रतिरोध क्षेत्र की सीमाओं द्वारा सीमित होता है, जैसा कि फिगर 1 से स्पष्ट है।

ट्यूनिंग सर्किट

गन ऑसिलेटर के मामले में, ऑसिलेशन आवृत्ति मुख्य रूप से गन डायोड की मध्य सक्रिय परत पर निर्भर करती है। हालांकि, अनुनादी आवृत्ति को यांत्रिक या विद्युत तरीके से बाहर से ट्यून किया जा सकता है। विद्युत ट्यूनिंग सर्किट के मामले में, नियंत्रण एक वेवगाइड, माइक्रोवेव गुहा, वेरैक्टर डायोड या YIG गोले का उपयोग करके लाया जा सकता है।

यहाँ डायोड गुहा के अंदर इस तरह से स्थापित किया जाता है कि यह रेजोनेटर के नुकसान को रद्द कर दे, जिससे ऑसिलेशन उत्पन्न होती हैं। दूसरी ओर, यांत्रिक ट्यूनिंग के मामले में, गुहा का आकार या चुंबकीय क्षेत्र (YIG गोले के लिए) को, उदाहरण के लिए, एक ट्यूनिंग स्क्रू द्वारा यांत्रिक रूप से बदला जाता है, ताकि अनुनादी आवृत्ति को ट्यून किया जा सके।

इन प्रकार के ऑसिलेटर 10 GHz से कुछ THz तक की माइक्रोवेव आवृत्तियों को उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, जो अनुनादी गुहा के आयामों पर निर्भर करता है। आमतौर पर, कोअक्सियल और माइक्रोस्ट्रिप/प्लैनर आधारित ऑसिलेटर डिजाइन में शक्ति कारक कम होता है और तापमान के संदर्भ में कम स्थिर होते हैं। दूसरी ओर, वेवगाइड और डाइलेक्ट्रिक रेजोनेटर स्थिर सर्किट डिजाइन में अधिक शक्ति कारक होता है और इन्हें आसानी से ऊष्मीय रूप से स्थिर बनाया जा सकता है।

फिगर 2 एक कोअक्सियल रेजोनेटर आधारित गन ऑसिलेटर दिखाता है, जिसका उपयोग 5 से 65 GHz तक की आवृत्तियों को उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। यहाँ जैसे-जैसे वोल्टेज Vb बदलता है, गन डायोड द्वारा उत्पन्न उतार-चढ़ाव गुहा के अंदर चलते हैं, इसके दूसरे सिरे से प्रतिबिंबित होते हैं और समय t में अपने शुरुआती बिंदु तक वापस पहुंचते हैं, जो निम्नलिखित द्वारा दिया गया है:

जहाँ, l गुहा की लंबाई है और c प्रकाश की गति है। इससे, गन ऑसिलेटर के अनुनादी आवृत्ति के लिए समीकरण निम्नलिखित द्वारा निकाला जा सकता है:

जहाँ, n एक दिए गए आवृत्ति के लिए गुहा में फिट होने वाले आधा-तरंगों की संख्या है। यह n 1 से l/ctd तक की सीमा में फ़ेल होता है, जहाँ td गन डायोड द्वारा लगाए गए वोल्टेज में परिवर्तनों के लिए प्रतिक्रिया देने में लगने वाला समय है।

यहाँ ऑसिलेशन तब शुरू होती है जब रेजोनेटर की लोडिंग डिवाइस के अधिकतम नकारात्मक प्रतिरोध से थोड़ा अधिक होती है। इसके बाद, ये ऑसिलेशन आयाम के साथ बढ़ती जाती हैं, जब तक गन डायोड का औसत नकारात्मक प्रतिरोध रेजोनेटर के प्रतिरोध के बराबर नहीं हो जाता, जिसके बाद निरंतर ऑसिलेशन प्राप्त की जा सकती हैं। इसके अलावा, इन प्रकार के रिलैक्सेशन ऑसिलेटर में कैपेसिटर गन डायोड के साथ लगा होता है, ताकि बड़े आयाम के सिग्नलों के कारण डिवाइस का जलना से बचा जा सके।

अंत में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि गन डायोड ऑसिलेटर रेडियो प्रसारक और प्राप्तक, वेग-निर्णायक सेंसर, पैरामेट्रिक एम्प्लिफायर, रेडार स्रोत, ट्रैफिक मॉनिटरिंग सेंसर, गति डिटेक्टर, दूरस्थ विक्षेपण डिटेक्टर, घूर्णन गति टैकोमीटर, आर्द्रता सामग्री मॉनिटर, माइक्रोवेव ट्रांसीवर (गनप्लेक्सर) और स्वचालित द्वार खोलने, डकैती अलार्म, पुलिस रेडार, वायरलेस LAN, टक्कर से बचने की प्रणाली, एंटी-लॉक ब्रेक, पैदल यात्री सुरक्षा प्रणाली आदि में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

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