ไดโอด์ออสซิลเลเตอร์ Gunn: คืออะไร? (ทฤษฎีและหลักการการทำงาน)

อะไรคือออสซิลเลเตอร์ไดโอดกันน์

ออสซิลเลเตอร์ไดโอดกันน์ (หรือเรียกว่า ออสซิลเลเตอร์กันน์ หรือ อุปกรณ์ถ่ายโอนอิเล็กตรอน) เป็นแหล่งพลังงานไมโครเวฟที่ราคาถูกและประกอบด้วยไดโอดกันน์หรืออุปกรณ์ถ่ายโอนอิเล็กตรอน (TED) เป็นส่วนสำคัญ พวกเขาทำงานคล้ายคลึงกับ ออสซิลเลเตอร์รีเฟล็กซ์ไคลสตรอน ในออสซิลเลเตอร์กันน์ ไดโอดกันน์จะถูกวางไว้ในช่องเรโซแนนต์ ออสซิลเลเตอร์กันน์ประกอบด้วยสองส่วนหลัก: (i) แรงดันไฟฟ้าตรง (DC bias) และ (ii) วงจรปรับความถี่

การทำงานของไดโอดกันน์เป็นออสซิลเลเตอร์

แรงดันไฟฟ้าตรง (DC Bias)

ในกรณีของไดโอดกันน์ เมื่อแรงดันไฟฟ้าตรงที่ใช้งานเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าจะเริ่มเพิ่มขึ้นในระยะแรก ซึ่งจะดำเนินต่อไปจนถึงแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ หลังจากนั้น กระแสไฟฟ้าจะลดลงเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นจนถึงแรงดันไฟฟ้าแตก บริเวณที่ขยายจากจุดสูงสุดถึงจุดต่ำสุดนี้เรียกว่าภูมิคุ้มกันลบ (Negative Resistance Region) (รูปที่ 1)

สมบัตินี้ของไดโอดกันน์ร่วมกับสมบัติการจับเวลาทำให้มันสามารถทำงานเป็นออสซิลเลเตอร์ได้ตราบใดที่มีค่ากระแสที่เหมาะสมผ่านมัน นี่เป็นเพราะสมบัติภูมิคุ้มกันลบของอุปกรณ์จะลบล้างผลของความต้านทานจริงที่มีอยู่ในวงจร

ผลลัพธ์คือการสร้างการแกว่งที่ยั่งยืนจนกว่าแรงดันไฟฟ้าตรง (DC bias) จะมีอยู่โดยป้องกันการเติบโตของการแกว่ง นอกจากนี้ แอมปลิจูดของผลจากการแกว่งจะถูกจำกัดโดยขอบเขตของภูมิคุ้มกันลบตามที่เห็นในรูปที่ 1.

วงจรปรับความถี่

ในกรณีของ ออสซิลเลเตอร์กันน์ ความถี่ของการแกว่งขึ้นอยู่กับชั้นกลางที่ใช้งานของไดโอดกันน์ แต่ความถี่เรโซแนนต์สามารถปรับได้จากภายนอกโดยวิธีกลไกหรือวิธีไฟฟ้า ในกรณีของวงจรปรับความถี่ทางไฟฟ้า การควบคุมสามารถทำได้โดยใช้วาฟ์ไกด์หรือช่องไมโครเวฟหรือ ไดโอดวาไรแคร์ หรือทรงกลม YIG

ที่นี่ ไดโอดถูกติดตั้งภายในช่องในลักษณะที่ยกเลิกความต้านทานการสูญเสียของเรโซเนเตอร์ ทำให้เกิดการแกว่ง ในทางกลับกัน ในกรณีของการปรับความถี่ทางกลไก ขนาดของช่องหรือ สนามแม่เหล็ก (สำหรับทรงกลม YIG) ถูกเปลี่ยนแปลงโดยวิธีกลไกเช่น การใช้สกรูปรับ เพื่อปรับความถี่เรโซแนนต์

ประเภทของออสซิลเลเตอร์นี้ใช้ในการสร้างความถี่ไมโครเวฟตั้งแต่ 10 GHz ถึงไม่กี่ THz ตามขนาดของช่องเรโซแนนต์ โดยทั่วไปการออกแบบออสซิลเลเตอร์แบบโคแอกเชียลและแบบไมโครสตริป/แพลนาร์มีปัจจัยกำลังต่ำและไม่เสถียรในแง่ของอุณหภูมิ แต่การออกแบบวงจรที่มีการปรับความถี่โดยใช้วาฟ์ไกด์และเรโซเนเตอร์ดายเอเล็กทริกมีปัจจัยกำลังสูงและสามารถทำให้เสถียรทางอุณหภูมิได้ง่าย

รูปที่ 2 แสดงออสซิลเลเตอร์กันน์บนฐานโคแอกเชียลที่ใช้ในการสร้างความถี่ตั้งแต่ 5 ถึง 65 GHz ที่นี่เมื่อแรงดันไฟฟ้า Vb ที่ใช้งานเปลี่ยนแปลง การแกว่งที่เกิดจากไดโอดกันน์จะเดินทางตามช่องเพื่อสะท้อนกลับจากปลายอีกด้านหนึ่งและกลับมาที่จุดเริ่มต้นหลังจากเวลา t กำหนดโดย

ที่ l คือความยาวของช่องและ c คือความเร็วแสง จากนั้น สมการสำหรับความถี่เรโซแนนต์ของ ออสซิลเลเตอร์กันน์ สามารถสรุปได้ว่า

ที่ n คือจำนวนครึ่งคลื่นที่สามารถใส่เข้าไปในช่องสำหรับความถี่ที่กำหนด ค่านี้มีค่าตั้งแต่ 1 ถึง l/ctd ที่ td คือเวลาที่ไดโอดกันน์ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน

ที่นี่ การแกว่งจะเริ่มต้นเมื่อการโหลดของเรโซเนเตอร์สูงกว่าความต้านทานลบสูงสุดของอุปกรณ์เล็กน้อย ต่อมา การแกว่งจะเติบโตในแง่ของแอมปลิจูดจนกว่าความต้านทานลบเฉลี่ยของไดโอดกันน์จะเท่ากับความต้านทานของเรโซเนเตอร์ หลังจากนั้น เราจะได้การแกว่งที่ยั่งยืน นอกจากนี้ ออสซิลเลเตอร์ประเภทนี้มี คาปาซิเตอร์ ขนาดใหญ่ต่อระหว่างไดโอดกันน์เพื่อป้องกันการไหม้ของอุปกรณ์เนื่องจากสัญญาณที่มีแอมปลิจูดสูง

สุดท้าย ควรทราบว่า ออสซิลเลเตอร์ไดโอดกันน์ ถูกใช้อย่างกว้างขวางในเครื่องส่งและรับวิทยุ เซนเซอร์ตรวจจับความเร็ว แอมปลิฟายเออร์พารามิเตอร์ แหล่งเรดาร์ เซนเซอร์ตรวจสอบการจราจร เซนเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหว เซนเซอร์ตรวจจับการสั่นสะเทือนจากระยะไกล เมตรวัดความเร็วรอบ ระบบตรวจสอบความชื้น ทรานซีฟเวอร์ไมโครเวฟ (Gunnplexers) และในกรณีของระบบเปิดประตูอัตโนมัติ ระบบเตือนขโมย เรดาร์ตำรวจ LAN ไร้สาย ระบบป้องกันการชน ระบบเบรกป้องกันล้อล็อค ระบบความปลอดภัยสำหรับคนเดินถนน ฯลฯ

คำแถลง: เคารพ ต้นฉบับ บทความที่ดีควรแบ่งปัน หากละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อลบ