
Рис. 1. Эквивалентная схема генератора на диоде Ганна.
Наличие внутри диода обогащенных слоев или дипольных
доменов обусловливает эквивалентность диода генератору тока  , параллельно которому подключена
динамическая емкость
, параллельно которому подключена
динамическая емкость  . Для резонанса на требуемой
частоте
. Для резонанса на требуемой
частоте  проводимость
 проводимость  должна
иметь мнимую составляющую индуктивного характера:
 должна
иметь мнимую составляющую индуктивного характера:  .
Резонанс в схеме соответствует частоте
.
Резонанс в схеме соответствует частоте  , где
как показывает практика,
, где
как показывает практика,  ,
,  - “Холодная” емкость диода,
 - “Холодная” емкость диода,  - диэлектрическая проницаемость
полупроводника;
 - диэлектрическая проницаемость
полупроводника;  ,
,  для
арсенида галлия,
 для
арсенида галлия,  ,
,  -
площадь сечения диода.
 -
площадь сечения диода.
В соответствии с теорией генераторов на диодах Ганна
сопротивление нагрузки на выводах диода, соответствующее максимуму КПД на
частоте генерации, удовлетворяет соотношению:  , где
, где
 .
.
Практика показывает, что КПД генератора можно
несколько увеличить, обеспечивая оптимальную нагрузку диода и на второй
гармонике. Для этого в конструкцию генератора включают дополнительный резистор,
настроенный на частоту  .
.
Схема включения диода Ганна.
Диод Ганна относится к двухполюсникам N-типа,
у которых ток является однозначной функцией напряжения  .
Поэтому рабочая точка может быть установлена однозначно в пределах падающего
участка ВАХ, если внутренне сопротивление источника питания
.
Поэтому рабочая точка может быть установлена однозначно в пределах падающего
участка ВАХ, если внутренне сопротивление источника питания  мало
 мало  .
.

Рис. 2. Схема включения диода Ганна.
Автогенератор на ЛПД.
ЛПД могут быть применены для построения генераторных
модулей передающих устройств диапазона частот от единиц до сотен ГГц. Параметры
и характеристики СВЧ устройств ЛПД такие как  ,
,  , КПД и т.д. существенно зависят от режима
работы диода. Экспериментально наблюдалось не менее пяти режимов работы ЛПД,
которые реализуются в зависимости от параметров колебательной системы диода и
цепей питания. Для практического применения ЛПД в генераторах СВЧ имеют два
режима: IMPATT – режим быстрого дрейфа, при котором скорость движения
носителей равна скорости насыщения для данного полупроводникового материала; TRAPATT
– режим медленного дрейфа, при котором скорость движения носителей значительно
ниже скорости насыщения. Рабочие частоты в режиме TRAPATT лежат в
дециметровом диапазоне волн. При использовании одиночного диода мощность в
импульсном режиме при КПД 25-30% на частотах около 1 ГГц составляет 100…400 Вт,
в непрерывном – 10…40 Вт.
, КПД и т.д. существенно зависят от режима
работы диода. Экспериментально наблюдалось не менее пяти режимов работы ЛПД,
которые реализуются в зависимости от параметров колебательной системы диода и
цепей питания. Для практического применения ЛПД в генераторах СВЧ имеют два
режима: IMPATT – режим быстрого дрейфа, при котором скорость движения
носителей равна скорости насыщения для данного полупроводникового материала; TRAPATT
– режим медленного дрейфа, при котором скорость движения носителей значительно
ниже скорости насыщения. Рабочие частоты в режиме TRAPATT лежат в
дециметровом диапазоне волн. При использовании одиночного диода мощность в
импульсном режиме при КПД 25-30% на частотах около 1 ГГц составляет 100…400 Вт,
в непрерывном – 10…40 Вт.
IMPATT – является высокочастотным. В миллиметровом диапазоне ЛПД позволяет получать в непрерывном режиме выходную мощность порядка единиц ватт на частоте 50 ГГц при КПД 14% и 0,38 Вт на частоте 92 ГГц при КПД 12,5%.
ЛПД представляет собой сложную полупроводниковую
структуру, которая монтируется на теплоотводе, помещенном в герметизированный
корпус. Сущность физических процессов в ЛПД описывается математической моделью,
основное создание которой сводится к тому, что при напряжении обратного
смещения, равного пробивному  , напряженность
электрического поля превышает критическое значение, соответствующее началу
лавинного пробоя лишь в небольшой области
, напряженность
электрического поля превышает критическое значение, соответствующее началу
лавинного пробоя лишь в небольшой области  .
.
Знак “+” означат повышенную концентрацию носителей в
областях п/п с примесной электропроводимостью. Весь запорный слой разбивается
на две области: узкую шириной  , в которой происходит
процесс ударной ионизации и лавинообразного умножения числа носителей – так
называемый слой умножения и область X-пролетное пространство, где
происходит движение образовавшихся в слое умножения носителей со скоростью
, в которой происходит
процесс ударной ионизации и лавинообразного умножения числа носителей – так
называемый слой умножения и область X-пролетное пространство, где
происходит движение образовавшихся в слое умножения носителей со скоростью  , равной скорости насыщения.
, равной скорости насыщения.
Ниже приведена упрощенная схема включения ЛПД в
электрическую цепь генератора, структура диода и примерное распределение
напряженности электрического поля  вдоль структуры диода.
 вдоль структуры диода.

Рис. 3. Распределение напряженности электрического поля
вдоль структуры диода.
Если к диоду приложено запирающее напряжение  , где
, где  -
напряжение лавинного пробоя, напряженность электрического поля распределена по
длине диода, как показано на рисунке. На границе
 -
напряжение лавинного пробоя, напряженность электрического поля распределена по
длине диода, как показано на рисунке. На границе  образуется
участок
 образуется
участок  повышенной напряженности
 повышенной напряженности  (область лавины) и участок X,
где
 (область лавины) и участок X,
где  (область дрейфа).
 (область дрейфа).
Поскольку в резонаторной системе РС имеется шумовое
напряжение, то на переходе  действует суммарное
напряжение:
 действует суммарное
напряжение:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.