Генераторные свойства приборов основанных на эффекте Ганна, определяются на процессами в p-n переходе, а особенностями структуры зоны проводимости арсенида галлия, которая в общем случае не является однородной и ее можно представить как сумму подзон. При комнатной температуре в отсутствии внешних полей электроны находятся в нижней подзоне и обладают большой проводимостью. Если к бруску из арсенида галлия приложить постоянное напряжение, то электроны приобретая в этом внешнем поле кинетическую энергию, будут переходить из нижней подзоны, где они обладают большей подвижностью, в выше расположенную подзону с малой подвижностью частиц. При большой напряженности поля большинство электронов может оказаться в верхней подзоне. А это означает, что при сильных полях проводимость бруска может заметно уменьшаться, и на его вольтамперной характеристике может появиться падающий участок. Особенностью эффекта Ганна является то, что такой процесс протекает на во всем объеме бруска одновременно, а лишь в каком-то сечении, где поле окажется наибольшим, а проводимость уменьшится. Но как только в бруске появилось сечение с уменьшенной проводимостью, поле внутри этого сечения увеличивается, что соответственно уменьшает поле в остальной части бруска. В результате весь процесс уменьшения проводимости сосредотачивается только в этом сечении. Электроны указанного сечения (домен), обладая малой подвижностью, перемещаются в сторону анода медленнее, чем электроны остальной части бруска.
Рис. 8. Распределение объемной плотности Рис. 9. Статическая ВАХ
заряда в структуре диода. диода Ганна.
Поэтому справа от домена образуется область, обедненная электронами (положительный объемный заряд), а слева, где электроны скапливаются, поле внутри домена усиливается, увеличивая скорость медленных электронов, а в остальной части бруска ослабляется и соответственно падает скорость быстрых электронов. В результате устанавливается динамическое равновесие и домен, сохраняя свою форму и размеры, перемещается в сторону анода, пока не достигает его, после чего процесс повторяется. В зависимости от параметров диода и схемы, в которую он включен, а также от напряжения питания генератора на диодах Ганна могут работать в различных режимах, значительно отличающихся как по энергетическим показателям, так и по частотам. Это доменные режимы, режим ограниченного накопления объемного заряда, гибридные режимы. Конструктивно ГДГ выполняется на основе коаксиальной, волноводной или полосковой линии, в которую перемещается диод.
Рис. 10. Волноводная конструкции генератора на диоде Ганна.
ЛЕКЦИЯ 26. Генераторы СВЧ колебаний на диодах Ганна и лавинно-пролетных диодах (ЛПД).
Эквивалентная схема генератора на диоде Ганна. Принципы расчета генераторов на диодах Ганна. Схема включения диода Ганна. Принцип действия лавинно-пролетного диода, режимы работы ЛПД, основные энергетические соотношения. Механизм возникновения отрицательной проводимости в диодах с междоменным переходом. Топология генератора на лавинно-пролетном диоде. Порядок расчета ГЛПД. Схема включения лавинно-пролетного диода.
Диод Ганна работает в диапазоне частот от единиц до сотен ГГц, изготовляют, как правило, арсенида галлия. Выходная мощность от десятков милливатт до долей ватта в непрерывном режиме колебаний КПД – 1…5%. Больший к.п.д. можно получить на диодах из фосфата индия. В импульсном режиме при длительности импульса не более 1 мкс и скважности, равной нескольким сотням, выходная мощность увеличивается на порядок.
Подвижные короткозамыкатели служат для механической
перестройки частоты. На сантиметровых волнах обычно используется первый обертон
распределенного контура. Поэтому длина резонатор 
в этом
случае равна 
в линии. Связь с нагрузкой
реализуется вращением петли связи, которая находится на расстоянии 
.
В микрополосковом исполнении оно включает следующие этапы: выбор диода, составление топологии и расчет. Диод выбирают по частоте и по выходной мощности. Эквивалентная схема генератора имеет вид:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.