Oscilador de Diodo Gunn: O que é? (Teoria & Princípio de Funcionamento)

O que é um Oscilador de Diodo Gunn?

Um Oscilador de Diodo Gunn (também conhecido como osciladores Gunn ou dispositivo de eletrodo transferido) são uma fonte barata de potência de microondas e consistem em um diodo Gunn ou dispositivo de eletrodo transferido (TED) como seu componente principal. Eles desempenham uma função semelhante aos Osciladores Reflex Klystron. Nos osciladores Gunn, o diodo Gunn será colocado em uma cavidade ressonante. Um oscilador Gunn é composto por dois componentes principais: (i) Um viés DC e (ii) Um circuito de sintonia.

Como um Diodo Gunn Funciona como um Oscilador

Viés DC

No caso do diodo Gunn, à medida que o viés DC aplicado aumenta, a corrente começa a aumentar na fase inicial, o que continua até a tensão de limiar. Depois disso, a corrente continua a cair conforme a tensão aumenta até que a tensão de ruptura seja atingida. Esta região, que se estende do pico ao ponto de vale, é chamada de região de resistência negativa (Figura 1).

Esta propriedade do diodo Gunn, juntamente com suas propriedades de tempo, faz com que ele se comporte como um oscilador, desde que um valor ótimo de corrente flua através dele. Isso ocorre porque a propriedade de resistência negativa do dispositivo anula o efeito de qualquer resistência real existente no circuito.

Isso resulta na geração de oscilações sustentadas enquanto o viés DC está presente, evitando o crescimento das oscilações. Além disso, a amplitude das oscilações resultantes será limitada pelos limites da região de resistência negativa, conforme evidenciado na Figura 1.

Circuito de Sintonia

No caso dos osciladores Gunn, a frequência de oscilação depende principalmente da camada ativa média do diodo Gunn. No entanto, a frequência ressonante pode ser ajustada externamente, seja mecanicamente ou eletronicamente. No caso do circuito de sintonia eletrônico, o controle pode ser realizado usando um guia de onda ou cavidade de microondas ou diodo varicap ou esfera YIG.

Aqui, o diodo é montado dentro da cavidade de tal forma que cancele a resistência de perdas do ressonador, produzindo oscilações. Por outro lado, no caso da sintonia mecânica, o tamanho da cavidade ou o campo magnético (para esferas YIG) é variado mecanicamente, por exemplo, por meio de um parafuso de ajuste, para sintonizar a frequência ressonante.

Estes tipos de osciladores são usados para gerar frequências de microondas que variam de 10 GHz a alguns THz, conforme determinado pelas dimensões da cavidade ressonante. Geralmente, os designs de osciladores baseados em coaxial e microstrip/plano têm fator de potência baixo e são menos estáveis em termos de temperatura. Por outro lado, os designs de circuitos estabilizados por guia de onda e ressonador dielétrico têm maior fator de potência e podem ser facilmente estabilizados termicamente.

A Figura 2 mostra um oscilador Gunn baseado em ressonador coaxial, que é usado para gerar frequências que variam de 5 a 65 GHz. Aqui, à medida que a tensão Vb aplicada é variada, as flutuações induzidas pelo diodo Gunn viajam pela cavidade para serem refletidas na outra extremidade e retornarem ao seu ponto de partida após o tempo t dado por

Onde l é o comprimento da cavidade e c é a velocidade da luz. A partir disso, a equação para a frequência ressonante do oscilador Gunn pode ser deduzida como

onde n é o número de meia-ondas que podem caber na cavidade para uma dada frequência. Este n varia de 1 a l/ctd onde td é o tempo necessário para o diodo Gunn responder às mudanças na tensão aplicada.

Aqui, as oscilações são iniciadas quando o carregamento do ressonador é ligeiramente superior à resistência negativa máxima do dispositivo. Em seguida, essas oscilações crescem em termos de amplitude até que a resistência negativa média do diodo Gunn se torne igual à resistência do ressonador, após o qual se pode obter oscilações sustentadas. Além disso, esses tipos de osciladores de relaxação têm um capacitor grande conectado em paralelo ao diodo Gunn para evitar a queima do dispositivo devido a sinais de grande amplitude.

Por fim, é importante notar que os osciladores de diodo Gunn são amplamente utilizados como transmissores e receptores de rádio, sensores de detecção de velocidade, amplificadores paramétricos, fontes de radar, sensores de monitoramento de tráfego, detectores de movimento, detectores de vibração remota, tacômetros de velocidade rotacional, monitores de conteúdo de umidade, transceptores de microondas (Gunnplexers) e no caso de abridores de portas automáticas, alarmes antifurto, radares policiais, LANs sem fio, sistemas de prevenção de colisões, freios antibloqueio, sistemas de segurança para pedestres, etc.

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