Замедляющие системы. Генераторы с электрическим управлением электронным потоком. Методы и устройства стабилизации частоты и фазы колебании в задающих генераторах простых и сложных сигналов, страница 13

будет перемещаться вправо. Слева эту группу будут догонять «легкие» электроны, а справа они будут уходить от нее. Переход электронов из нижней долины в верхнюю характерен не для всего образца, а только для довольно узкой его части. Группа "тяжелых" электронов и положительно заряженная область справа от нее образуют так называемый электрический домен, который перемещается от катода к аноду с относительно низкой скоростью, обусловленной подвижностью «тяжелых» электронов. Рост домена прекратится тогда, когда напряженности полей в домене и вне домена станут такими, что скорости легких электронов вне домена и тяжелых в домене выровняются.

Найдем время движения домена через образец

При достижении анода домен начинает рассасываться, напряженность электрического поля начинает увеличиваться. В результате этого   в    течение времени   рассасывания   домена,    равною

 , ток через    кристалл    возрастает   до первоначального значения. После рассасывания домена поле в диоде нарастает и у катода образуется новыц домен, ток через образец падает (рис. 3.52).

Центром зарождения домена может быть любая неоднородность. В  примерно однородном  кристалле, каким    должен    быть диод Ганна, самой большой неоднородностью является катодный контакт.

Таким образом, в цепи генератора  Ганна  протекает последовательность импульсов  анодного тока  с периодом

Поскольку добротность контура в колебательной системе низкая, то напряжение, развиваемое на ней, невелико и не оказывает

существенного влияния на процессы зарождения и рассасывания домена. Колебательная система действует как избирательный фильтр, который на определенных частотах передает мощность и нагрузку. Обычно колебательная система настраивается на частоту следования доменов. КПД генераторов Ганна в пролетном режиме очень мал  и составляет единицы процентов.

Режимы с подавлением и задержкой доменов

В режимах с подавлением  и задержкой доменов используется

колебательная система с высокой добротностью, при этом амплитуда напряжения на приборе оказывается соизмеримой с напряжением источника питания. Часть периода высокочастотного напряжения — результирующее напряжение на диоде меньше порогового, и домен рассасывается, не доходя до конца образца (режим с подавлением домена).

В случае если домен не подавляется и рассасывается у анода, а зарождение нового домена задерживается на часть периода высокочастотного колебания, когда результирующее    напряжение меньше порогового, наблюдается режим с задержкой домена.

КПД в режиме с задержкой домена несколько выше, чем в пролетном режиме и составляет ~27%, а в режиме с подавлением домена  ~13%.

Режим ОНОЗ

Режим ограниченного накопления объемного   заряда    (ОНОЗ)

имеет место при следующих условиях: период собственных колебаний колебательной системы намного меньше периода следования   доменов сильного поля

 добротность колебательной системы высокая и амплитуду

напряжения  на  контуре  соизмеримо   с   напряжением  источника  питания.

В режиме ОНОЗ напряжениена диоде изменяется так быстро, что домены сильного ноля не успевают формироваться. С другой стороны, скорость изменения напряжения должна быть такой, чтобы дрейфовая скорость электронов успевала изменяться вслед за изменением напряженности поля. Изменение дрейфовой скорости определяется временем междолинного перехода электронов, равным примерно. Вследствие этою отрицательная дифференциальная      проводимость      наблюдается      вплоть    до   частот.

Приэтом заметный пространственный заряд не успевает формироваться. Соответственно электрическое поле   остается    однородным и ВАХ совпадает    по   форме   с    характеристикой (рис. 3.49).

Для пояснения работы генератора в режиме ОНОЗ воспользуемся вольтамперной характеристикой диода, так как домен сильного поля в этом режиме не образуется  (рис. 3.49).

Предположим, что на диод подано постоянное напряжение, превышающее пороговое, и переменное синусоидальное напряжение. Пока напряжение та диоде превышает пороговое, начинает образовываться домен сильного поля и проводимость образца резко падает.

По истечении некоторого времени суммарное напряжение станет меньше порогового и начавший образовываться дипольный слой будет рассасываться. Ток через диод возрастает. Таким образом, диод ведет себя как ключ, управляемый анодным напряжением. Временные диаграммы напряжения на диоде и анодного тока показаны на

рис. 3.53.

И никак не связана с пролетной частотой. Это позволяет увеличивать длину активном области ДГ или площадь поперечного сечения кристалла. В итоге импульсная мощность, которую может отдавать ДГ в режиме ОНОЗ, оказывается на 2—3 порядка больше мощности других твердотельных источников колебаний КПД в режиме ОНОЗ достигает ~ 17%.

Схемы полупроводниковых генераторов.

Управление частотой генераторов. Технические характеристики генераторов

Конструкции ГДГ во многом аналогичны ГЛПД. Для запил от воздействия окружающей   среды    кристаллы ДГ помещают

металлокерамический диодный корпус. Колебательную систему ГДГ или ГЛПД можно выполнить на основе коксиальной (рис. 3.54) пли волноводной (рис. 3.55) линии или в виде твердотельного

диэлектрического резистора    (рис. 3.56),    Подвижные короткозамыкатели служат для механической перестройки частоты

колебаний. На сантиметровых    волнах    обычно    используете первый обертон  распределенного контура.   Поэтому длина  равна приблизительно половине длины полны в линии. В диапазоне миллиметровых волн более типична работа на основном тоне. Связь с нагрузкой регулируется либо вращением петли связи (рис. 3.54), либо использованием штырей (рис. 3.55) и диафрагм.