Исследование генератора на отражательном клистроне, страница 9

6. Что такое домен?

7. Почему в образце образуется только один домен?

8. Чем ограничивается диапазон рабочих частот ГДГ?

9. Объясните режим ОНОЗ.

10. Объясните пролетный режим работы ГДГ.

11. Как определить режим работы ГДГ?

12. Объясните назначение основных частей лабораторной  установки.

13. Объясните методику проведения эксперимента.

14. Объясните результаты эксперимента.

15. Объясните статическую характеристику диода Ганна.

16. Какова частота генерации в различных  режимах  работы?

17. Почему домен образуется у катода?

18. Объясните режим с задержкой образования домена.

19. Объясните режим с гашением домена.

20. Нарисуйте и объясните статическую  характеристику  диода  в доменном режиме работы.

21. Нарисуйте конструкцию ГДГ.

22. Изобразите схематичное устройство усилителя на диоде Ганна.

2.6. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА НА ЛПД

1. Цель работы

Изучить принцип работы генератора на ЛПД и исследовать его характеристики в зависимости от режима питания.

2. Измеряемые параметры

На основе генерации СВЧ при лавинном  пробое,  обнаруженном  в 1959 г., были созданы лавинно-пролетные генераторные диоды, а затем уже и усилительные ЛПД.

Принцип действия ЛПД основан на взаимодействии лавины  носителей при лавинном пробое  с  полем  СВЧ.  Отрицательное  дифференциальное сопротивление в рабочем режиме обусловлено сдвигом  фазына 180 между протекающим через ЛПД током и приложенным  напряжением ( рис. 28 ).

Рис.28. Вольт-амперная характеристика  ЛПД  и  задержка тока лавины относительно  переменного  напряжения в резонаторе:

a - задержка образования лавины;

b - задержка тока в пролетном пространстве

Этот сдвиг обуcловлен:

а) задержкой образования лавины носителей, б) наличием пролетного промежутка.

За счет пролета электронов между атомами, нарастания тока  при столкновении электронов происходит задержка по фазе между I  и  U примерно на 90. Кроме того, за счет  движения  импульса  тока  в слое n возникает задержка между I и приложенным U еще примерно на 90. Суммарная задержка составляет 180о. При этом электронный сгусток движется в тормозящем СВЧ-поле и отдает полю свою энергию.

Различают двухпролетную и однопролетную структуру ЛПД.  Полупроводник характеризуется значительным изменением концентрации носителей. В двухпролетной структуре есть области, обогащенные  носителями заряда (р+, n+), и области обедненные носителями (р, n). В однопролетной структуре ( однодрейфовой ) аналогично (рис. 29).

Рис. 29. Структура ЛПД и распределение напряженности

поля внутри однопролетного полупроводника

Все внешнее напряжение прикладывается к обедненному слою n, но и в этой области напряженность поля резко изменяется. С  увеличением напряжения при U0>U0порог в области ( 0,1...0,2  )  S  р-n - перехода возникает лавинный пробой. Электроны выбиваются из валентной зоны, ударяются о другие электроны, и в результате  резко возрастает концентрация носителей. При отсутствии СВЧ  поля  пробой приведет к тепловому перегреву  и  выводу прибора  из  строя.

При наличии переменного  напряжения  возникают  значительные  импульсы тока. За время положительного  полупериода  диод  успевает восстанавливаться. Конструктивно надо обеспечить теплоотвод, чтобы прибор не разрушился.

Начальная генерация возникает за счет включения ЛПД в  высокодобротный резонатор, выделяющий из широкого шумового спектра частот движения электронов нужную составляющую поля.

Рассмотрим принцип работы ЛПД соответствующий пролетному режиму работы ( IMPATT ), в котором частота  генерации  соответствует ширине  n-области,  где  происходит  дрейф   лавины    носителей:

fпр=1/Тпрол.

Технически более сложным является режим с захваченной  плазмой (TRAPATT), для которого рабочая частота много  ниже  пролетной,но более высокие значения КПД ( до 50% ). Этот режим называют еще ключевым и оптимальным. Для него характерны следующие отличия:

- ЛПД подобен ключу;