Резонансний генератор імпульсів на основі діода

Abstract

Забезпечення якісного зберігання зерна є важливим завданням агропромислового комплексу, оскільки патогенні мікроорганізми, комахи та інші шкідники можуть значно впливати на його якість і спричиняти значні втрати. Традиційні методи знезараження, такі як хімічна обробка або термічний вплив, мають низку недоліків, зокрема можливість залишкових хімічних сполук або теплового пошкодження зерна. У зв’язку з цим перспективним напрямом є використання електромагнітних імпульсів високої частоти, що дозволяють ефективно знищувати патогени без шкоди для продукту. У цій роботі розглядається розробка резонансного генератора імпульсів на основі діода як основного нелінійного елемента, що дозволяє генерувати імпульси високої частоти та амплітуди. Досліджується застосування напівпровідникових діодів із негативним диференціальним опором (тунельних та Ганн-діодів), які здатні підтримувати автоколивання у резонансному коливальному контурі. Це дозволяє створювати ефективні електромагнітні імпульси для використання в технологіях знезараження зерна та інших аграрних процесах. У роботі проведено математичне моделювання роботи резонансного генератора, яке враховує його електрофізичні характеристики, взаємодію елементів коливального контуру (індуктивності, ємності) та нелінійні властивості діода. Запропоновано диференціальне рівняння, що описує динаміку генерації імпульсів у такій системі. Використано чисельні методи розв’язку, зокрема метод Рунге-Кутти, для аналізу поведінки струму та напруги в контурі. Результати моделювання показують, що такий генератор забезпечує стабільну генерацію імпульсів із заданими параметрами. Аналіз часових та спектральних характеристик сигналу підтвердив ефективність використання діода як нелінійного елемента для підтримки автоколивань. Крім того, отримані графіки струму та напруги в контурі свідчать про можливість практичного використання такої системи у високочастотних застосуваннях, зокрема для знезараження зерна. Запропонована модель може бути використана для подальших досліджень та оптимізації параметрів генератора імпульсів. Використання таких пристроїв у сільському господарстві відкриває нові можливості для екологічно чистого знезараження продукції без використання хімічних реагентів, що робить їх привабливими для агропромислових підприємств

Ensuring high-quality grain storage is an important task of the agro-industrial complex, since pathogenic microorganisms, insects and other pests can significantly affect its quality and cause significant losses. Traditional methods of disinfection, such as chemical treatment or thermal exposure, have a number of disadvantages, in particular the possibility of residual chemical compounds or thermal damage to the grain. In this regard, a promising direction is the use of high-frequency electromagnetic pulses, which allow for the effective destruction of pathogens without harm to the product. This work considers the development of a resonant pulse generator based on a diode as the main nonlinear element, which allows generating high-frequency and amplitude pulses. The use of semiconductor diodes with negative differential resistance (tunnel and Gunn diodes) is investigated, which are capable of supporting self-oscillations in a resonant oscillatory circuit. This allows creating effective electromagnetic pulses for use in grain disinfection technologies and other agricultural processes. The work presents a mathematical simulation of the operation of a resonant generator, which takes into account its electrophysical characteristics, the interaction of the elements of the oscillatory circuit (inductance, capacitance) and the nonlinear properties of the diode. A differential equation is proposed that describes the dynamics of pulse generation in such a system. Numerical solution methods, in particular the Runge-Kutta method, are used to analyze the behavior of current and voltage in the circuit. The simulation results show that such a generator provides stable pulse generation with specified parameters. Analysis of the time and spectral characteristics of the signal confirmed the effectiveness of using a diode as a nonlinear element to support self-oscillations. In addition, the obtained current and voltage graphs in the circuit indicate the possibility of practical use of such a system in high-frequency applications, in particular for grain disinfection. The proposed model can be used for further research and optimization of the pulse generator parameters. The use of such devices in agriculture opens up new opportunities for environmentally friendly disinfection of products without the use of chemical reagents, which makes them attractive for agro-industrial enterprises.