Главная страница Комод Кухня Компьютерный стол Плетеная мебель Японский стиль Литература
Главная  Передающие устройства СВЧ 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 [ 96 ] 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149

руются в п-область (пролетное пространство), где и происходит их взаимодействие с СВЧ-полем. Если напряженность электрического поля превышает значение, обеспечивающее насыщение дрейфовой скорости, то через пролетное пространство дырки дрейфуют со скоростью насыщения Одр. ас- При постоянном напряжении ток во внешней цепи тоже постоянен.

Если же диод подключен к резонансной системе LC (рис. 10.28), а напряжение = U р, то при выполнении соотношения (§ 2.3) временные зависимости напряжения и токов имеют вид, изображенный на рис. 2.16, г, д. Это означает, что благодаря задержке в развитии лавинного процесса и соответствующему выбору длины пролетного пространства обеспечивается сдвиг по фазе, равный 180° между приложенным к диоду напряжением и первой гармоникой наведенного тока, т. е. диод обладает отрицательным сопротивлением переменному току (отрицательным динамическим сопротивлением), и его можно использовать для генерирования колебания на частоте м = Одр.нас/(25). Поскольку при перестройке внешнего резонатора сдвиг фаз между напряжением и током уже не равен 180°, то генерируемая мощность уменьшается. Обычно один диод обеспечивает возможность генерации примерно в октавной полосе частот, но при этом на краях диапазона мощность в несколько раз уменьшается по сравнению с ее значением на центральной частоте.

При повышении частоты генерируемых колебаний нужно уменьшать длину пролетного пространства (§2.3) и, следовательно, толщину слоя умножения. Это же при постоянной finp ведет к необходимости уменьшать рабочее напряжение. В свою очередь уменьшение напряжения приводит к уменьшению мощности. Показано, что предельная выходная мощность ГЛПД в /7ИРЛ ГГ-режиме, обусловливаемая этими электронными ограничениями на частоте /, определяется соотношением Я.ыхтах Л^прУдрА-Хе/), где Хс = L/{2nfeS) - модуль емкостного сопротивления диода; S - площадь поперечного сечения диода. Видно, что предельная выходная мощность уменьшается обратно пропорционально квадрату рабочей частоты.

Другим фактором, ограничивающим предельную мощность ГЛПД, является разогрев полупроводникового перехода. Анализ показал, что в этом случае предельная выходная мощность уменьшается обратно пропорционально рабочей частоте, т. е. тепловые ограничения оказываются



определяющими в более низкочастотной части СВЧ-диапазона (на частотах примерно 12-13 ГГц для Ge и 80-90 90 ГГц для Si).

Максимальный электронный к. п. д. генерации в /МРЛГГ-режиме, очевидно, получают, когда = = 0,56о, амплитуда импульсов тока 1м - 21 и = 41 Jn:

Ць = Pi/Po = 0,5/it/i/(/ot/o) = 1/я я 0,3.

Практически получаемые значения к. п. д. составляют (10-15 %). На примере рассмотренной р - - -структуры диода удобно пояснить принцип /МРЛГГ-режима, но диоды этого типа не являются оптимальными с энергетической точки зрения. Более оптимальны диоды с p*-n-i-n*\ р- - -структурами, а также структуры с двумя пролетными пространствами р*-р-п-п*, в которых используется пролет носителей обоих типов, образующихся в общем слое умножения. В настоящее время синтезируют и еще более сложные многослойные структуры, обеспечивающие увеличение мощности и к. п. д.

Для проведения расчетов генераторов на ЛПД удобно представить диод без корпуса в виде эквивалентной схемы (рис. 10.29, а). Параллельный контур LдCл эквивалентен слою умножения; индуктивность L, через которую протекает первая гармоника лавинного тока 1коти соответствует отставанию по фазе лавинного тока от напряжения на слое умножения 5 на угол ~л/2; через емкость С\ протекает ток смещения л слоя умножения; Сд = eS/б, S - площадь поперечного сечения слоя умножения Параллельное соединение генератора тока / ащ (йь) и емкости С„ отражает явления, происходящие в пролетном пространстве - передачу эисргни от сгустков носителей высокочастотному полю и ток смещения i., {С„ = е5/ (s - б)) в пролетном пространстве. Резистор - эквивалентное сопротивление потерь в полупроводнике.

Для удобства анализа эту эквивалентную схему преобразуют к виду, изображенному на рис. 10.29, б или на рис. 10.29, в. На схеме рис. 10.29, б

R,+iX, = (i<oCA+Y +

l ( б)

в схеме на рис. 10.29, о: --gr + /Ьг = {Ri + jXi)

* Ранее при рассмотрении физической сущности 1МРАТТ-ре-жима токами смещения пренебрегали.



Элементы эквивалентных схем зависят от характеристик полупроводникового материала, толщины слоев и приложенного к диоду напряжения.

Эквивалентная схе.ма ЛПД, вмонтированного в корпус или включенного в линию, такая же, что и схема ДГ (см. рис. 10.23, а) (сопротивление объединяют с Гц). Это дает возможность все, что было сказано в § 10.2 по поводу расчета генераторов на диодах Ганна, отнести к расчету ГЛПД в /МРЛГТ-режиме. Следует, однако, иметь в виду, что собственная добротность ЛПД обычно больше, чем ДГ. Поэтому при одних и тех же способах перестройки частоты пределы перестройки ГЛПД меньше.

lionet

>-0

Рис. 10.29. Эквивалентные схемы ЛПД в /Л1Р/177-режиме

Данные, характеризующие уровень выходной мощности, и значения к. п. д., полученные в ГЛПД, работающих в /МРЛТТ-режнме, приведены на рис. 10.22. Конструкции таких генераторов аналогичны конструкциям ГДГ.

Рассмотрим работу ГЛПД в Т/?ЛЯЛГГ-режиме *>. Идеализированные временные зависимости тока через ЛПД и напряжения на нем в Г/ЛРЛТГ-режиме представлены на рис. 10.30. Видно, что ЛПД в этом режиме эквивалентен ключу, способно.му быстро переходить из непроводящего состояния в проводящее и обратно. Для быстрого замыкания нужно, чтобы диод сначала был пробит, и затем область пробоя охватила бы все ранее обедненное носителями пролетное пространство. Это произойдет, если область пробоя будет распространяться вдоль диода со скоростью, превышающей максимально возможную скорость ухода носите-

JM из зоны пробоя у

др. на

Тогда пролетное пространство

* Слово TRAPATT - сокращение, образованное начальными вуквами слов TRApped Plasma - захваченная плазма и Avalanche Triggered Transit - пробег области лавинного умножения.

Ю- 291



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 [ 96 ] 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149

© 2007 EPM-IBF.RU
Копирование материалов разрешено в случае наличия письменного разрешения