DIODE-BASED RESONANT PULSE GENERATOR

Authors

DOI:

https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2025.1.1.5

Keywords:

resonant pulse generator, grain disinfection, high-frequency pulses, LC circuit, tunnel diode, Gunn diode, oscillation dynamics, pulsed electromagnetic processing

Abstract

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.

References

Дубовенко К. В., Захаров Д. О. Знезараження зернової продукції імпульсним коронним розрядом. Вісник Нац. техн. ун-ту «ХПІ». 2012. Т. 967, № 61. С. 139–149.

Мардзявко В. А., Руденко А. Теоретичні та практичні аспекти застосування генераторів НВЧ для знезараження зернових культур. Вісник Херсонського національного технічного університету. 2024. Т. 90, № 3. С. 85–94. URL: https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2024.3.11

Салам Буссі Е. П., Кассаблі М. Генератор потужних високочастотних пакетних імпульсів струму для живлення ультразвукових електромагнітно-акустичних перетворювачів. Методи та прилади контролю якості. 2019. Т. 43, № 2. С. 88–95.

Бойко Н., Макагон A. Високовольтна установка імпульсною потужністю 3 МВт для знезараження води у потоці за допомогою наносекундних розрядів у газових бульках. Технічна електродинаміка. 2020. № 5. С. 80–90. URL: https://doi.org/10.15407/techned2020.05.080

Шебанін В. С., Кошкін Д. Л., Захаров Д. О. Технологічна лінія передпосівної обробки насіння зернових в полі високочастотного коронного розряду. Engineering of nature management Journal. 2014. № 1. С. 38–43.

Дубовенко К. В., Захаров Д. О. Сучасний стан застосування електрофізичних методів бактерицидної та фунгіцидної обробки зернової продукції. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». 2019. № 1. С. 45–50.

Osokina N. Effect of an ultra-high frequency electromagnetic field on the physical properties of spelt grain. Scientific horizons. 2024. Т. 27, № 3. С. 64–72.

Nosov G. V., Pustynnikov S. V., Kuleshova E. O. Transformer generator of powerful current pulses. Journal of applied mechanics and technical physics. 2020. № 61. С. 300–306.

Руденко А., Кунденко М. Аналіз технології генерації НВЧ випромінення з визначенням адаптивного типу діодів для подальшого конструювання апаратів для знезараження. Інтегровані технології та енергозбереження. 2023. № 3. С. 24–37.

Стороженко І., Аркуша Ю. Про підвищення потужності коротких діодів Ганна на основі варізонного InGaPAs. Вісник харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. 2019. № 31. С. 62–78.

Generation of powerful microwave voltage oscillations in a diffused silicon diode / S. K. Lyubutin та ін. Semiconductors. 2012. Т. 47, № 5. URL: https://doi.org/10.1134/S1063782613050151

Дарзнек С., Любутін С., Рукін С. Генерація мікрохвильових коливань у діоді без основи. Напівпровідники. 2012. № 36. С. 599–604. URL: https://doi.org/10.1134/1.1478555

Published

2025-02-25