Diod Gunn Oscylator: Co to jest? (Teoria i zasada działania)

Co to jest oscylator diodowy Gunn

Oscylator diodowy Gunn (znany również jako oscylator Gunn lub urządzenie przenoszące elektrony) to tanie źródło mocy mikrofalowej, składające się głównie z diody Gunn lub urządzenia przenoszącego elektrony (TED). Wykonują podobną funkcję jak oscylatory klystronowe odbijane. W oscylatorach Gunn, dioda Gunn jest umieszczona w rezonansowej komorze. Oscylator Gunn składa się z dwóch głównych komponentów: (i) obciążenia DC i (ii) obwodu strojenia.

Jak działa dioda Gunn jako oscylator

Obciążenie DC

W przypadku diody Gunn, gdy zwiększa się zastosowane obciążenie DC, prąd zaczyna wzrastać na początkowym etapie, co trwa do napięcia progowego. Po tym, prąd kontynuuje spadanie, gdy napięcie wzrasta, aż do osiągnięcia napięcia przelamania. Ta strefa, która rozciąga się od szczytu do doliny, nazywana jest strefą oporu ujemnego (Rysunek 1).

Ta właściwość diody Gunn wraz z jej właściwościami czasowymi powoduje, że zachowuje się ona jak oscylator, pod warunkiem, że przez nią płynie optymalna wartość prądu. Dzieje się tak dlatego, że właściwość oporu ujemnego urządzenia eliminuje efekt istniejącego rzeczywistego oporu w obwodzie.

To prowadzi do generowania utrzymujących się drgań, dopóki obciążenie DC jest obecne, zapobiegając przyrostowi drgań. Ponadto amplituda wynikających drgań będzie ograniczona przez granice strefy oporu ujemnego, jak widać na Rysunku 1.

Obwód strojenia

W przypadku oscylatorów Gunn, częstotliwość drgań zależy primarily od środkowej aktywnej warstwy diody Gunn. Jednak częstotliwość rezonansową można dostroić zewnętrznie, zarówno mechanicznie, jak i elektrycznie. W przypadku elektronicznego obwodu strojenia, kontrolę można wprowadzić za pomocą falowodu, mikrofalowej komory lub diody varactor lub kuli YIG.

Dioda jest montowana wewnątrz komory w taki sposób, aby zrekompensować opór stratny rezonatora, tworząc drgania. Z drugiej strony, w przypadku strojenia mechanicznego, rozmiar komory lub pole magnetyczne (dla kul YIG) jest zmieniany mechanicznie, np. za pomocą śruby regulacyjnej, aby dostroić częstotliwość rezonansową.

Te typy oscylatorów są używane do generowania częstotliwości mikrofalowych od 10 GHz do kilku THz, zależnie od wymiarów rezonansowej komory. Zazwyczaj konstrukcje oscylatorów oparte na koaksialnych i mikropasmowych/planarnych mają niski współczynnik mocy i są mniej stabilne pod względem temperatury. Z drugiej strony, konstrukcje oparte na falowodach i stabilizowane przez rezonator dielektryczny mają większy współczynnik mocy i mogą być łatwo termicznie stabilne.

Rysunek 2 przedstawia oparty na rezonatorze koaksialnym oscylator Gunn, który służy do generowania częstotliwości od 5 do 65 GHz. Gdy zastosowane napięcie Vb jest zmieniane, fluktuacje wywołane przez diode Gunn podróżują wzdłuż komory, odbijają się od jej drugiego końca i wracają do punktu startowego po czasie t określonym przez

Gdzie l to długość komory, a c to prędkość światła. Na tej podstawie można wyprowadzić równanie dla częstotliwości rezonansowej oscylatora Gunn jako

gdzie n to liczba półfal, które mogą się zmieścić w komorze dla danej częstotliwości. Ta n zakłada wartości od 1 do l/ctd, gdzie td to czas potrzebny diodzie Gunn, aby zareagować na zmiany zastosowanego napięcia.

Drgania rozpoczynają się, gdy obciążenie rezonatora jest nieco większe niż maksymalny opór ujemny urządzenia. Następnie, te drgania rosną w amplitudzie, aż średni opór ujemny diody Gunn staje się równy oporowi rezonatora, po czym można uzyskać utrzymujące się drgania. Ponadto, tego typu oscylatory relaksacyjne mają duży kondensator podłączony do diody Gunn, aby zapobiec przepaleniu urządzenia przez sygnały o dużej amplitudzie.

Na koniec należy zauważyć, że oscylatory diodowe Gunn są szeroko stosowane jako nadajniki i odbiorniki radiowe, czujniki wykrywające prędkość, wzmacniacze parametryczne, źródła radarowe, czujniki monitorujące ruch, detektory ruchu, zdalne detektory drgań, tachometry prędkości obrotowej, monitory zawartości wilgoci, transceivery mikrofalowe (Gunnplexery) oraz w przypadku automatycznych otwieraczy drzwi, alarmów antywłamaniowych, radarów policyjnych, bezprzewodowych LAN, systemów unikania kolizji, systemów hamowania ABS, systemów bezpieczeństwa dla pieszych itp.

Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły są warte udostępnienia, w przypadku naruszenia praw autorskich skontaktuj się, aby usunąć.