Діодний генератор на базі діода Ганна: що це? (Теорія та принцип роботи)

Що Таке Генератор на Діоді Ганна

Генератор на діоді Ганна (також відомий як генератори Ганна або пристрій з перенесеним електроном) є дешевим джерелом мікрохвильової потужності і складається з діода Ганна або пристрою з перенесеним електроном (TED) як основного компонента. Вони виконують схожу функцію, як рефлексні клістронні генератори. У генераторах Ганна діод Ганна розташовується у резонансному резервуарі. Генератор Ганна складається з двох основних компонентів: (i) Постійне напруження (DC bias) та (ii) Настроювальний контур.

Як Діод Ганна Функціонує як Генератор

Постійне Напруження (DC Bias)

У випадку діода Ганна, коли прикладене постійне напруження збільшується, струм починає зростати на початковому етапі, це триває до порогового напруги. Після цього, струм продовжує падати, поки напруга зростає, доки не буде досягнута напруга розряду. Цей регіон, який простягається від вершини до дна, називається регіоном негативного опору (Рисунок 1).

Ця властивість діода Ганна разом з його часовими властивостями спричиняє, що він поводиться як генератор, якщо через нього проходить оптимальне значення струму. Це тому, що властивість негативного опору пристрою нульифікує ефект будь-якого реального опору, що існує в цепі.

Це призводить до генерації стабільних коливань, поки постійне напруження присутнє, запобігаючи росту коливань. Крім того, амплітуда отриманих коливань буде обмежена межами регіону негативного опору, як це видно з Рисунка 1.

Настроювальний Контур

У випадку генераторів Ганна, частота коливань залежить в основному від середнього активного шару діода Ганна. Однак, резонансна частота може бути настроєна зовні механічним чи електричним способом. У випадку електронного настроювального контура, контроль можна здійснювати за допомогою хвильового провідника або мікрохвильового резервуара або варакторного діода або сфери YIG.

Тут діод монтується всередині резервуару так, що він знищує опір втрат резонатора, виробляючи коливання. З іншого боку, у випадку механічного налаштування, розмір резервуару або магнітне поле (для сфер YIG) змінюється механічно, наприклад, за допомогою регулювального винта, для налаштування резонансної частоти.

Ці типи генераторів використовуються для генерації мікрохвильових частот від 10 ГГц до декількох ТГц, як визначено розмірами резонансного резервуару. Зазвичай дизайни генераторів на базі коаксіальних і мікрополоскових/планарних конструкцій мають низький коефіцієнт потужності і менш стабільні в термінах температури. З іншого боку, дизайни на базі хвильоводів і стабілізованих діелектричними резонаторами мають більший коефіцієнт потужності і можуть бути легко стабілізовані в термінах температури.

Рисунок 2 показує генератор на базі коаксіального резонатора, який використовується для генерації частот від 5 до 65 ГГц. Коли прикладена напруга Vb змінюється, флуктуації, викликані діодом Ганна, рухаються вздовж резервуару, відбиваються від іншого кінця і повертаються до свого початкового пункту після часу t, який визначається

Де l — довжина резервуару, а c — швидкість світла. З цього можна вивести рівняння для резонансної частоти генератора Ганна як

де n — число півхвиль, які можуть поміститися в резервуар для заданої частоти. Це n діапазонується від 1 до l/ctd, де td — це час, який потрібен діоду Ганна, щоб відповісти на зміни прикладеної напруги.

Коливання починаються, коли завантаження резонатора трохи вище максимального негативного опору пристрою. Потім ці коливання зростають за амплітудою, доки середній негативний опір діода Ганна не стане дорівнювати опору резонатора, після чого можна отримати стабільні коливання. Крім того, ці типи релаксаційних генераторів мають великий конденсатор, підключений паралельно до діода Ганна, щоб уникнути вигоріння пристрою через великі амплітуди сигналів.

Нарешті, слід зауважити, що генератори на діоді Ганна широко використовуються як радіопередавачі та приймачі, датчики виявлення швидкості, параметричні підсилювачі, джерела радарів, датчики моніторингу руху, датчики віддаленого вібраційного контролю, тахометри обертальної швидкості, монітори вологості, мікрохвильові трансивери (Gunnplexers) та в автоматичних системах відкриття дверей, сигнализаціях проти ворожень, радарах поліції, бездротових LAN, системах уникнення зіткнень, антиблокувальних системах гальм, системах безпеки пішоходів тощо.

Заява: Поважайте оригінал, хороші статті варто поширювати, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зверніться для видалення.