Gunn-diodeoscillator: Vad är det? (Teori & funktionsprincip)

Vad är en Gunn-diodeoskillator?

En Gunn-diodeoskillator (även känd som en Gunn-oskillator eller överförings-elektronenhet oskillator) är en billig källa till mikrovågsenergi och består huvudsakligen av en Gunn-diode eller överförings-elektronenhet (TED) som dess viktigaste komponent. De utför en liknande funktion som Reflex Klystron Oskillatorer. I Gunn-oskillatorer placeras Gunn-dioden i en resonanskammare. En Gunn-oskillator består av två huvudkomponenter: (i) en DC-bias och (ii) en stämningssirkuit.

Hur fungerar en Gunn-diode som en oskillator?

DC-bias

I fallet med Gunn-diode, när den applicerade DC-biasen ökar, börjar strömmen att öka under den inledande fasen, vilket fortsätter tills tröskelvoltaget nås. Efter detta fortsätter strömmen att falla medan voltaget ökar tills brytningsspanningen nås. Denna region, som sträcker sig från topp till dalpunkt, kallas för negativ resistansregion (Figur 1).

Denna egenskap hos Gunn-diode tillsammans med dess tidningsegenskaper gör att den beter sig som en oskillator om ett optimalt strömflöde passerar genom den. Detta beror på att den negativa resistansen hos enheten neutraliserar effekten av eventuell reell resistans i kretsen.

Detta resulterar i generering av upprätthållna svängningar så länge DC-biasen finns, samtidigt som det förhindrar växten av svängningar. Vidare begränsas amplituden av de resulterande svängningarna av gränserna för den negativa resistansregionen, vilket framgår av figur 1.

Stämningssirkuit

I fallet med Gunn-oskillatorer, beror svängningsfrekvensen huvudsakligen på den mittersta aktiva lagret i Gunn-dioden. Men resonansfrekvensen kan stämmas externt antingen mekaniskt eller elektriskt. I fallet med elektroniska stämningssirkuit, kan kontrollen åstadkommas genom att använda en vågguide eller mikrovågskammare eller varactor-diode eller YIG-sfär.

Här monteras dioden inuti kammaren på ett sätt som neutraliserar förlustresistansen i resonatorn, vilket ger upphov till svängningar. Å andra sidan, i fallet med mekanisk stämning, varieras storleken på kammaren eller magnetfältet (för YIG-sfärer) mekaniskt, till exempel med hjälp av en justerings skruv, för att stämma resonansfrekvensen.

Dessa typer av oskillatorer används för att generera mikrovågsfrekvenser mellan 10 GHz och några THz, beroende på dimensionerna på resonanskammaren. Vanligtvis har coaxiala och mikrostrips/planbaserade oskillator-designer låg effekt-faktor och är mindre stabila i termer av temperatur. Å andra sidan har vågguide och dielektriska resonatorstabiliserade kretsdesigner högre effekt-faktor och kan lätt göras termiskt stabila.

Figur 2 visar en coaxial resonator baserad Gunn-oskillator som används för att generera frekvenser mellan 5 och 65 GHz. Här, när den applicerade voltagen Vb varieras, resulterar Gunn-diodeinducerade fluktuationer i att resa längs kammaren för att reflekteras från dess andra ände och återvända till sin startpunkt efter tid t givet av

Där l är längden på kammaren och c är ljushastigheten. Från detta kan ekvationen för resonansfrekvensen för Gunn-oskillator deduceras som

där n är antalet halvvågor som kan passa in i kammaren för en given frekvens. Detta n varierar från 1 till l/ctd där td är tiden det tar för Gunn-dioden att svara på ändringar i den applicerade voltagen.

Här initieras svängningarna när belastningen av resonatorn är något högre än den maximala negativa resistansen av enheten. Sedan växer dessa svängningar i amplitud tills den genomsnittliga negativa resistansen av Gunn-dioden blir lika med resistansen av resonatorn, efter vilket man kan få upprätthållna svängningar. Vidare har denna typ av relaxationsoskillator en stor kondensator ansluten över Gunn-dioden för att undvika att enheten bränner ut på grund av stora amplitudsignalerna.

Slutligen ska det noteras att Gunn-diodeoskillatorer används extensivt som radiotransmitteringar och -mottagare, hastighetsdetekterande sensorer, parametriska förstärkare, radar-källor, trafikövervakningssensorer, rörelsedetektorer, fjärrvibrationsdetektorer, rotationshastighetstachometer, fuktighetsinnehållsmonitorer, mikrovågs-transceivers (Gunnplexers) och i fallet med automatiska dörröppnare, inbrottslarm, polisradarer, trådlösa LAN, kollisionsskyddssystem, ABS, fotgängarskyddssystem, etc.

Utmärkelse: Respektera original, bra artiklar är värda att dela, om det finns upphovsrättsskydd kontakta för att ta bort.