MIKROAALTOMITTAUKSET 1 1. TYÖN TARKOITUS Tässä harjoituksessa tutkit virran ja jännitteen käyttäytymistä gunn-oskillaattorissa. Piirrät jännitteen ja virran avulla gunn-oskillaattorin toimintakäyrän. 2. GUNN-OSKILLAATTORI Tutustu etukäteen työhön liittyvään oheismateriaaliin. Tässä harjoituksessa tutkit virran ja jännitteen käyttäytymistä gunn-oskillaattorissa. Piirrät jännitteen ja virran avulla gunn-oskillaattorin toimintakäyrän. Harjoituksessa tarvittavia mittaustuloksia voit lukea gunn-oskillaattorin teholähteen etupaneelissa olevasta jännite / virtamittarista. Valinnasta riippuen mittari osoittaa kulloisenkin jännitteen- tai virran arvon. Toimintakäyrän jokaisella jännitteen arvolla mittaat myös gunn-oskillaattorin tuottaman tehon ja lasket gunn-oskillaattorin hyötysuhteen. MITTAUKSET 3.1 Varmista, että kaikki power-kytkimet ovat 0-asennossa (off). Tarkista, että tehomittari ja gunn-oskillaattorin teholähde on sijoitettu kuten kuvassa 4. Kuva 4. Laitteistokokoonpano.
3.2 Kokoa kuvan 5 mukainen kytkentä. Ennen kuin kytket termistoripäätteen kytkentään, säädä sovitusruuvit niin etteivät ne näy aaltoputkessa. Kuva 5. Laitteiston kytkentä. 3.3 Tee seuraavat asetukset gunn-oskillaattorin teholähteeseen. VOLTAGE MIN MODE DC METER SCALE 10 V Kohdissa 3.4 ja 3.5 kalibroit tehomittaria. 3.4 Kytke jännite gunn-oskillaattorin teholähteelle ja tehomittarille. Valitse tehomittarista 10 mw:n mittausalue (RANGE). 3.5 Varmista, että tehomittari on kytketty termistoripäätteeseen. Odota noin kaksi minuuttia, että tehomittari ja termistoripääte saavuttavat toimintalämpötilansa. Säädä ZERO ADJUST nupeista tehomittarin näyttämä 0 mw:iin. 3.6 Säädä gunn-oskillaattorin teholähteestä jännite (VOLTAGE) 8 V:iin. Kohdassa 3.7 säädät termistoripäätteelle menevälle mikroaaltosignaalille maksimi tehon. 3.7 Säädä termistoripäätteen säädettävä oikosulkulevy ja sovitusruuvit siten, että saat tehomittarin näytöllä suurimman mahdollisen tehon.
3.8 Tee mittaukset seuraavien kohtien mukaan ja kirjaa taulukkoon 1 jokaisella jännitearvolla pyydetyt tulokset. Huom! Tarkista ennen mittauksia, että gunn-oskillaattorin teholähteen jännite / virtamittarin sekä tehomittarin nollaus on suoritettu. Jos näin ei ole, säädä mittarien näyttämät nollaan. Tehomittarin nollaus tehdään gunn-oskillaattorin jännitteensyöttökaapelin ollessa poistettuna OUTPUT-pistokkeesta. Nollauksen säätö tapahtuu ZERO ADJUSTnupeista. Jännite / virtamittaria nollatessasi huomioi, että VOLTAGE nuppi on MIN - asennossa. Jännite / virtamittarin nollaus tapahtuu näytön alapuolella olevasta työkalusääteisestä ruuvista. a) Valitse gunn-oskillaattorin teholähteeltä mittarin alueeksi 10 V ja säädä VOLTAGE nupista taulukon 1 osoittama jännite (10,5 volttia löytyy kohdasta, jossa gunnoskillaattorin teholähteen jännitemittarin viisari ei enää liiku vasemmalle päin ja 11,5 volttia löytyy kohdasta, jossa jännitteensäätönuppi on säädetty täysin myötäpäivään). b) Mittaa tehomittarilla termistoriin absorboituva teho Pread. c) Valitse gunn-oskillaattorin teholähteeltä mittarin alueeksi 250 ma ja lue mittarilta gunn-oskillaattorille syötettävän virran suuruus. d) Kerro tehomittarin lukema neljällä niin saat gunn-oskillaattorille syötettävän tehon P 0. Huom! Tämä neljällä kertominen on välttämätöntä, jotta tuloksesta saadaan poistettua 6 db:n vaimentimen aiheuttama vaimennus. P0 e) Käytä η (%) = 100% kaavaa laskiessasi gunn-oskillaattorin hyötysuhdetta. U I Huomaa, että kaavaan arvoja sijoittaessasi käytät taulukossa 1 käytettyjä yksiköitä. 3.9 Piirrä kuvaan 6 mittaamiesi tulosten perusteella gunn-oskillaattorin toimintakäyrä, jossa esität virran muutoksen syötetyn jännitteen funktiona. Merkitse kuvaan negatiivisen resistanssin alue (esimerkiksi värikynällä).
3.10 Piirrä saamiesi tulosten perusteella kuvaan 7 käyrä, jossa esität lähetystehon syötetyn jännitteen funktiona. Piirrä samaan kuvaan tulosten perusteella myös käyrä, jossa esität hyötysuhteen syötetyn jännitteen funktiona (esimerkiksi värikynällä). 3.11 Vertaa kuvaa 6 kuvaan 7. Mikä on jännite (toimintapiste), jossa gunnoskillaattori alkaa toimimaan? Toimintapiste on = V Onko kyseinen gunn-oskillaattorin toimintapiste negatiivisen resistanssin alueella? Kyllä Ei 3.12 Käännä gunn-oskillaattorin teholähteen jännitteensäätö (VOLTAGE) nuppi MIN-asentoon. Kytke kaikki power-kytkimet 0 (off) -asentoon. Pura kytkentä ja palauta kaikki komponentit varastointilaatikkoon omille paikoilleen.
Taulukko 1. Gunn-oskillaattorin jännitteen ja virran käyttäytyminen.
Kuva 6. Gunn-oskillaattorin toimintakäyrä.
Kuva 7. Gunn-oskillaattorin lähetysteho syötetyn jännitteen funktiona ja hyötysuhde syötetyn jännitteen funktiona. YHTEENVETO Tässä harjoituksessa opit gunn-oskillaattorin perustoiminnan. Piirsit gunn-diodin virran muutoksen syötetyn jännitteen funktiona ja huomasit, että siinä näkyy negatiivisen resistanssin alue. Mittasit ulostulotehon ja laskit siitä hyötysuhteen sekä piirsit arvoista käyrät syötetyn jännitteen funktiona.
GUNN-OSKILLAATTORIN KERTAUSTEHTÄVÄT Seuraaviin kysymyksiin jokainen ryhmän jäsen vastaa ja palauttaa vastauskonseptin (käsin) puhtaaksikirjoitettuna kahden viikon kuluessa harjoituksen suorituksesta. Vastauspaperin oikeaan ylänurkkaan on merkittynä opiskelijan nimi, luokka ja ryhmän tunnus (esim. B2). 1. Mitkä ovat gunn-oskillaattorin pääosat? 2. Luettele valmistusmateriaalit, joilla gunn-efekti on mahdollinen. 3. Mitä tarkoitetaan negatiivisella resistanssilla? 4. Kuvaile tapahtumaa, miten negatiivinen resistanssi muodostuu. 5. Gunn-oskillaattori tuottaa jatkuva-aaltoista (CW) mikroaaltosignaalia 100 mw:n teholla. Gunn-oskillaattorin hyötysuhde on 2%. Kuinka paljon täytyy gunnoskillaattorin jäähdytyksen hävittää tehoa?