Gunn-diodeosillator: Hva er det? (Teori & arbeidsprinsipp)

Hva er en Gunn-diode oscillator?

En Gunn-diode oscillator (også kjent som en Gunn-oscillator eller transferred electron device (TED) oscillator) er en billig kilde for mikrobølgekraft og består av Gunn-diode eller transferred electron device (TED) som hovedkomponent. De utfører en lignende funksjon som Reflex Klystron Oscillators. I Gunn-oscillatorer vil Gunn-dioden plasseres i en resonanshule. En Gunn-oscillator består av to hovedkomponenter: (i) en DC-bias og (ii) en justeringskrets.

Hvordan fungerer en Gunn-diode som en oscillator?

DC-bias

I tilfelle Gunn-diode, når den anvendte DC-bias øker, begynner strømmen å øke i det første stadiet, noe som fortsetter til terskelspenningsnivået. Etter dette fortsetter strømmen å falle mens spenningen øker inntil nedbrytningspotensialet. Dette området, som strekker seg fra toppunktet til dalpunktet, kalles det negative motstandsområdet (Figur 1).

Denne egenskapen ved Gunn-diode sammen med dens tidsmessige egenskaper gjør at den oppfører seg som en oscillator, gitt at en optimal verdi av strøm flyter gjennom den. Dette er fordi den negative motstanden hos enheten nullstiller effekten av enhver reell motstand som eksisterer i kretsen.

Dette resulterer i generering av vedvarende oscillasjoner så lenge DC-bias er til stede, samtidig som den unngår vekst av oscillasjoner. Videre vil amplituden til de resulterende oscillasjonene bli begrenset av grensene for det negative motstandsområdet, som er synlig fra figur 1.

Justeringskrets

I tilfelle Gunn-oscillatorer, avhenger oscillasjonsfrekvensen hovedsakelig av den midterste aktive laget i Gunn-diode. Imidlertid kan resonanfrekvensen justeres eksternt enten mekanisk eller elektrisk. I tilfelle elektroniske justeringskrefter, kan kontrollen skje ved bruk av en bølgeledelse, mikrobølgehule eller varactor diode eller YIG-sfære.

Her monteres dioden inne i hulen på en måte som nullstiller tapsmotstanden i resonatoren, noe som produserer oscillasjoner. På den andre siden, i tilfelle mekanisk justering, varieres størrelsen på hulen eller magnetfeltet (for YIG-sfærer) mekanisk ved hjelp av, si, en justeringsskru, for å justere resonanfrekvensen.

Disse typene oscillatorer brukes til å generere mikrobølgefrekvenser fra 10 GHz til noen THz, som bestemmes av dimensjonene til resonanshulen. Vanligvis har coaxial- og mikrostrib/planebaserte oscillator-designer lav effekt og er mindre stabile når det gjelder temperatur. På den andre siden, har bølgeledsnings- og dielektrisk resonator-stabiliserte kretsdesigner høyere effekt og kan lett gjøres termisk stabile.

Figur 2 viser en coaxial resonator basert Gunn-oscillator som brukes til å generere frekvenser fra 5 til 65 GHz. Her, når den anvendte spenningen Vb varieres, reiser Gunn-diode-induserte fluktueringer seg langs hulen for å reflektere fra den andre enden og nå deres startpunkt etter tid t gitt av

Der l er lengden på hulen og c er lyshastigheten. Fra dette kan likningen for resonanfrekvensen til Gunn-oscillator deduseres som

der n er antall halvveier som kan passe inn i hulen for en gitt frekvens. Dette n varierer fra 1 til l/ctd hvor td er tiden det tar for Gunn-diode å reagere på endringer i den anvendte spenningen.

Her initieres oscillasjonene når belastingen av resonatoren er litt høyere enn maksimal negativ motstand av enheten. Deretter vokser disse oscillasjonene i amplitud frem til gjennomsnittlig negativ motstand av Gunn-diode blir lik motstanden av resonatoren, etter hvilket man kan få vedvarende oscillasjoner. Videre har disse slags avslappningsoscillatorer en stor kondensator koblet over Gunn-diode for å unngå utbrenning av enheten på grunn av store amplituder.

Til slutt er det verdt å merke seg at Gunn-diode oscillatorer blir omfattende brukt som radiosendere og -mottakere, fartmålende sensorer, parametriske forsterkere, radar-kilder, trafikkovervåkingssensorer, bevegelsessensorer, fjernvibrasjonssensorer, rotasjonshastighetstakometer, fuktinnholdsovervåkere, mikrobølgetransceivere (Gunnplexere) og i automatiske døråpnere, innbruddsalarm, politiradar, trådløse LAN, kollisjonsunngåelsessystemer, anti-blocking brakes, fotgjengertrygghetssystemer, etc.

Erklæring: Respekt for original, god artikler verdig å deles, ved krænkelse kontakt slett.