¿Qué es un oscilador de diodo Gunn?
AOscilador de diodo Gunn (también conocido como Osciladores Gunn o dispositivo de electrones transferidos oscilador) son una fuente barata de energía de microondas y comprenden el diodo de Gunn o el dispositivo de electrones transferidos (TED) como su principal componente. Realizan un funcionamiento similar al de Osciladores Klystron de reflejo. En los osciladores Gunn, el Diodo Gunn se colocará en una cavidad resonante. Un oscilador Gunn está compuesto por dos componentes principales: (i) Un sesgo de CC y (ii) un circuito de sintonía.
Cómo funciona un diodo de Gunn como oscilador
DC Bias
En el caso del diodo de Gunn, a medida que aumenta el sesgo de CC aplicado, la corriente comienza a aumentar en la etapa inicial, que continúa hasta el voltaje umbral. Después de esto, el actual continúa cayendo mientras el voltaje aumenta hasta que se alcanza el voltaje de ruptura. Esta región que se extiende desde el pico hasta el punto del valle, se llama la región de resistencia negativa (Figura 1).
Esta propiedad del diodo de Gunn junto con sus propiedades de temporización hacen que se comporte como un oscilador que proporciona un valor óptimo de los flujos de corriente que lo atraviesan. Esto se debe a que, la propiedad de resistencia negativa del dispositivo anula el efecto de cualquier resistencia que existe en el circuito.
Esto resulta en la generación de oscilaciones sostenidas hasta que la Sesgo de DC está presente mientras se previene el crecimiento de las oscilaciones. Además, la amplitud de las oscilaciones resultantes estará limitada por los límites de la región de resistencia negativa, como se evidencia en la figura 1.
Circuito de sintonía
En el caso de Osciladores Gunnla frecuencia de oscilación depende principalmente de la capa media activa del diodo gunn. Sin embargo, la frecuencia de resonancia puede ser sintonizada externamente ya sea por medios mecánicos o eléctricos. En el caso de un circuito de sintonía electrónica, el control puede realizarse mediante una guía de ondas o una cavidad de microondas o diodo varactor o la esfera YIG.
Aquí el diodo está montado dentro de la cavidad de tal manera que anula la resistencia a la pérdida del resonador, produciendo oscilaciones. Por otro lado, en el caso de la afinación mecánica, el tamaño de la cavidad o el campo magnético (para las esferas YIG) se varía mecánicamente por medio de, digamos, un tornillo de ajuste, para sintonizar la frecuencia de resonancia.
Este tipo de osciladores se utilizan para generar frecuencias de microondas que van desde 10 GHz a pocos THz, según lo decidan las dimensiones de la cavidad resonante. Normalmente los diseños de los osciladores coaxiales y los basados en microtiras/planares tienen un factor de potencia bajo y son menos estables en términos de temperatura. Por otro lado, los diseños de la guía de onda y del circuito resonador dieléctrico estabilizado tienen mayor factor de potencia y se puede hacer térmicamente estable, con bastante facilidad.
La figura 2 muestra un resonador coaxial basado en Oscilador Gunn que se utiliza para generar las frecuencias que van de 5 a 65 GHz. Aquí como el aplicado voltaje Vb es variada, la Diodo Gunn las fluctuaciones inducidas viajan a lo largo de la cavidad para reflejarse desde su otro extremo y alcanzar de nuevo su punto de partida después del tiempo t dado por
Donde, l es la longitud de la cavidad y c es la velocidad de la luz. A partir de esto, la ecuación para la frecuencia de resonancia del Oscilador Gunn puede deducirse como
donde, n es el número de medias ondas que pueden caber en la cavidad para una frecuencia dada. Este n va de 1 a l/ctd donde td es el tiempo que tarda el diodo gunn en responder a los cambios en el voltaje aplicado.
Aquí las oscilaciones se inician cuando la carga del resonador es ligeramente superior a la máxima resistencia negativa del dispositivo. A continuación, estas oscilaciones crecen interms de amplitud hasta que la resistencia negativa media del diodo gunn se hace igual a la resistencia del resonador, después de lo cual se pueden obtener oscilaciones sostenidas. Además, este tipo de osciladores de relajación tienen una gran condensador conectado a través de la diodo gunn para evitar que el dispositivo se queme debido a las señales de gran amplitud.
Por último, cabe señalar que la Osciladores de diodos de Gunn se utilizan ampliamente como transmisores y receptores de radio, sensores de detección de velocidad, amplificadores paramétricos, fuentes de radar, sensores de vigilancia del tráfico, detectores de movimiento, detectores de vibración a distancia, tacómetros de velocidad de rotación, monitores de contenido de humedad, transceptores de microondas (Gunnplexers) y en el caso de los abridores automáticos de puertas, alarmas antirrobo, radares policiales, redes LAN inalámbricas, sistemas de evitación de colisiones, frenos antibloqueo, sistemas de seguridad para peatones, etc.
