Gunn-diode oscillator: Wat is het? (Theorie & werking)

Wat is een Gunn Diode Oscillator?

Een Gunn Diode Oscillator (ook bekend als Gunn oscillator of transferred electron device oscillator) zijn een goedkope bron van microgolfvermogen en bestaan voornamelijk uit een Gunn diode of transferred electron device (TED) als hun belangrijkste component. Ze vervullen een soortgelijke functie als Reflex Klystron Oscillators. In Gunn oscillators wordt de Gunn diode geplaatst in een resonante kamer. Een Gunn oscillator bestaat uit twee belangrijke componenten: (i) Een DC-bias en (ii) Een afstemcircuits.

Hoe werkt een Gunn Diode als een Oscillator

DC Bias

In het geval van de Gunn diode, neemt de stroom toe bij het begin van de toename van de toegepaste DC-bias, wat doorgaat tot de drempelspanning. Daarna blijft de stroom dalen terwijl de spanning toeneemt tot de doorbraakspanning bereikt is. Deze regio, die zich uitstrekt van het piekpunt tot het dalpunt, wordt de negatieve weerstandsregio genoemd (Figuur 1).

Deze eigenschap van de Gunn diode, samen met zijn timingseigenschappen, zorgt ervoor dat het zich gedraagt als een oscillator, mits er een optimale stroom doorheen loopt. Dit komt omdat de negatieve weerstandseigenschap van het apparaat de effecten van elke echte weerstand in het circuit neutraliseert.

Dit resulteert in het genereren van aanhoudende oscillaties zolang de DC-bias aanwezig is, terwijl de groei van de oscillaties wordt voorkomen. Verder wordt de amplitude van de resulterende oscillaties beperkt door de grenzen van de negatieve weerstandsregio, zoals duidelijk is uit Figuur 1.

Afstemcircuits

Bij Gunn oscillators, hangt de oscillatiefrequentie hoofdzakelijk af van de middelste actieve laag van de Gunn diode. Echter, de resonantiefrequentie kan extern worden afgestemd, zowel mechanisch als elektrisch. In het geval van elektronische afstemcircuits kan de controle worden bewerkstelligd door gebruik te maken van een golfgids, een microgolfkamer of een varactor diode of YIG-sfeer.

Hierbij is de diode zo in de kamer gemonteerd dat hij de verliesweerstand van de resonator compenseert, waardoor oscillaties ontstaan. Aan de andere kant, bij mechanische afstemming, wordt de grootte van de kamer of het magnetisch veld (voor YIG-sferen) mechanisch gewijzigd, bijvoorbeeld door middel van een instelbare schroef, om de resonantiefrequentie af te stemmen.

Dergelijke oscillatoren worden gebruikt om microgolffrequenties te genereren, variërend van 10 GHz tot enkele THz, afhankelijk van de afmetingen van de resonantekamer. Meestal hebben coaxiale en microstrip/planar gebaseerde oscillatorontwerpen een lage vermogensfactor en zijn minder stabiel qua temperatuur. Aan de andere kant hebben golfgids- en dielectric resonator gestabiliseerde circuits een hogere vermogensfactor en kunnen eenvoudig thermisch stabiel gemaakt worden.

Figuur 2 toont een coaxiale resonator gebaseerde Gunn oscillator die wordt gebruikt om frequenties tussen 5 en 65 GHz te genereren. Hierbij, wanneer de toegepaste spanning Vb varieert, reizen de door de Gunn diode veroorzaakte fluctuaties langs de kamer, worden weerspiegeld aan de andere kant en komen terug naar hun startpunt na tijd t, gegeven door

Waarbij l de lengte van de kamer is en c de lichtsnelheid. Uit dit kan de vergelijking voor de resonantiefrequentie van de Gunn oscillator worden afgeleid als

waarbij n het aantal halve golven is dat in de kamer past voor een bepaalde frequentie. Dit n varieert van 1 tot l/ctd, waarbij td de tijd is die de Gunn diode nodig heeft om te reageren op de veranderingen in de toegepaste spanning.

Hierbij worden de oscillaties geïnitieerd wanneer de belasting van de resonator iets hoger is dan de maximale negatieve weerstand van het apparaat. Vervolgens groeien deze oscillaties in amplitudetermen tot de gemiddelde negatieve weerstand van de Gunn diode gelijk is aan de weerstand van de resonator, waarna men aanhoudende oscillaties krijgt. Bovendien hebben dergelijke relaxatieoscillatoren een grote condensator verbonden over de Gunn diode om branden van het apparaat door grote amplitudesignalen te voorkomen.

Ten slotte is het belangrijk op te merken dat Gunn diode oscillators extensief worden gebruikt als radiotransmitters en -ontvangers, snelheidsdetectors, parametrische versterkers, radars, verkeersmonitors, bewegingsdetectoren, draadloze trilometers, rotatiesnelheidsmetertachometers, vochtgehaltemonitors, microgolftransceivers (Gunnplexers) en in automatische deuropeners, inbraakalarmen, politieradar, draadloze LAN's, botsvermijdingssystemen, antiblokkeersystemen, voetgangersveiligheidssystemen, etc.

Verklaring: Respecteer het oorspronkelijke, goede artikelen zijn de elkaar waard om te delen, indien er een inbreuk is neem dan contact op voor verwijdering.