Исследование генератора СВЧ на диоде Ганна. Основные теоретические положения. Принцип действия и устройство СВЧ диодов Ганна, страница 3

Согласно распределению поля в образце возникает всего один домен сильного поля и обычно образуется он в непосредственной близости от контактов, где в образце по технологическим причинам возникают области с повышенной концентрацией неоднородностей. Очевидно, будут формироваться в домен только флуктуации, возникающие у катода.

Через домен исчезнет у анода, а на участке неоднородности   начнет формироваться новый домен. Размеры домена составляют 1/10- 1/30 часть длины образца.

При формировании домена плотность тока уменьшается от величины  до величины  и остается равной  во время распространения домена вдоль образца. При исчезновении домена у анода плотность тока вновь возрастает до величины . Таким образом, во внешней цепи прибора возникают периодические импульсы тока (рис. 4.5).

Длительность импульса t₁ определяется временем формирования домена, которое, в свою очередь, зависит от концентрации доноров и градиента электрического поля, пауза - временем пролета домена от анода к катоду, т. е. определяется длиной образца . При  период колебаний определяется в основном :

                                                 (4.2)

Отношение максимального тока к минимальному в ДГ может достигать примерно 2.

 

Теоретические исследования показали, что длина кристалла при заданной концентрации доноров должна быть достаточной для полного (устойчивого) формирования домена во время пролета через кристалл. По правилу Крамера [5], для возникновения генерации  должно быть выше некоторого порогового значения:

,                                     (4.3)

где - параметр, пропорциональный дифференциальной подвижности электронов.

При нарушении правила Кремера, т. е. при уменьшении длины образца, можно реализовать усилительный режим Ганновского прибора. В этом случае домен не успевает сформироваться и нарасти, но сопротивление ДГ будет отрицательным для малого переменного сигнала.

Эквивалентная схема и параметры ДГ

К основным электрическим параметрам ДГ относятся:

1. ,[Ом]- омическое сопротивление диода при постоянном напряжении питания . Обычно =0,5В.

Для ДГ характерен пока значительный разброс параметров от экземпляра к экземпляру. Так как для ДГ типа АА703  может принимать любые значения в интервале 320 Ом.

2. Дифференциальное сопротивление . Определяется в рабочей точке на падающем участке вольт-амперной характеристики.

3.  - рабочий ток диода при постоянном оптимальном напряжении питания [мA].

4.  Диапазон генерации [ГГц].

5.  -выходная непрерывная мощность на одной из частот диапазона генерации [мВт].

Эти параметры приводятся как справочные для каждого типа диода.

Для анализа режима и характеристик генератора на ДГ необходимо знание эквивалентной схемы ГДГ, следовательно, введение дополнительных параметров, отображающих энергетические процессы в приборе. К этим параметрам относятся:

1. Отрицательная активная проводимость ДГ зависит от параметров кристалла, напряжения питания , температуры, амплитуды  и частоты  первой гармоники СВЧ напряжения.  оптимальна при  и  и равна:

.                                         (4.4)

2. Ёмкостная (реактивная) проводимость кристалла , где - «горячая» ёмкость кристалла, равная . Здесь - ёмкость холодного кристалла, вычисляемая как ёмкость плоского конденсатора. Для GaAs с =12,5 , где - площадь поперечного сечения кристалла в мкм², - длина кристалла в мкм. Для ДГ типа АА703 .