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
. Для резонанса на требуемой
частоте
проводимость
должна
иметь мнимую составляющую индуктивного характера:
.
Резонанс в схеме соответствует частоте
, где
как показывает практика,
,
- “Холодная” емкость диода,
- диэлектрическая проницаемость
полупроводника;
,
для
арсенида галлия,
,
-
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
.
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
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.
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
.
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
, равной скорости насыщения.
Ниже приведена упрощенная схема включения ЛПД в
электрическую цепь генератора, структура диода и примерное распределение
напряженности электрического поля вдоль структуры диода.
Рис. 3. Распределение напряженности электрического поля
вдоль структуры диода.
Если к диоду приложено запирающее напряжение , где
-
напряжение лавинного пробоя, напряженность электрического поля распределена по
длине диода, как показано на рисунке. На границе
образуется
участок
повышенной напряженности
(область лавины) и участок X,
где
(область дрейфа).
Поскольку в резонаторной системе РС имеется шумовое
напряжение, то на переходе действует суммарное
напряжение:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.