заполняется проводящей плазмой, и пока эта плазма не рассосется, проводящее состояние диода сохраняется.

Работу ЛПД в TRАРАТТ-режиме можно объяснить следующим образом. Пусть в момент времени to через диод начал протекать ток /и. Если напряжение на диоде Uo < < и„р, то максимальная напряженность электрического поля в нем не превышает пробивного значения и ток /и является током смещения:

1и = г8дЕ{х, t)ldt. (10.25)

В соответствии с (10.24) и (10.25) распределение поля в обедненном слое зависит от времени и от координаты лг;

Е{х, 0 = £м-Р^/е + [/и^/(85)]. (10.26)

Это значит, что напряженность с течением времени повышается тем быстрее, чем больше ток /и. Такой рост продолжается до момента ti, когда максимальная напряженность поля станет равной Е„р (рис. 10.31). Описанный процесс, по сути дела, представляет собой заряд током /и

Рис. 10.30. Временные зависимости напряжения (б) на ЛПД и токов (а) через него в TRAPATT-p&mwe.

Рис. 10.31. Распространение ударной волны пробоя через запорный слой

конденсатора с емкостью, равной емкости обедненного слоя S, при этом напряжение на диоде возрастает на

Ua-Uo = lHs{ti-toWS).

В момент ti начинается пробой перехода и зависимость (10.26) приобретает вид

Е{х, t) = E p-(px/E) + lH{t-tx}l(sS), (10.27)

т. е. с течением времени растет значение координаты х, при котором напряженность достигает р. Говорят, что вдольXраспространяется ударная волна лавин-

Horo пробоя. Скорость движения фронта этой волны можно найти из (10.27)

= dxIdtE (X. t) = £ р = /и/(р5).

Если ток через диод достаточно велик /и/S > рУдр.нас то Уфр Удр. ас и через небольшой промежуток времени h-h - s/Уфр вся область s оказывается заполненной электронно-дырочной плазмой. Падение напряжения на диоде уменьшается до t/min, определяемого эквиваленгным сопротивлением внешней цепи min = - /и' , напряженность поля в слое S также падает до Ятш = OmxJs. Вся плазма оказывается захваченной этим слабым полем (отсюда и название режима).

Начиная с момента t, электроны и дырки вытягиваются из rt-области, причем сначала из приконтактных мест. Там, где протекает процесс рассасывания плазмы, носителей становится меньше. Границы обедненных мест движутся к центру слоя s со скоростью дрейфа носителей в слабом поле Удр.рас- Время, которое проходит до слияния обеих границ (до перехода области s в обедненное состояние), определяется как восст = - 4 = 8/(2х;др.рас). В течение восст падение напряжения на диоде мало, ток через диод постоянен и равен /и- После рассасывания плазмы ток прекращается, напряжение на диоде становится равным первоначальному значению Uq.

Такое состояние диода сохранится до начала следующего импульса тока. При значительном токе /и длительности процессов повышения напряженности поля и распространения ударной волны значительно меньше восст. поэтому частота генерации в Т/?ЛРЛ ТТ-режиме

!ТН= [<еосст + (4 - з)]- < 1/<восст= 2Удр. JS.

Скорость рассасывания плазмы Удр.рас соответствует очень малому значению напряженности и, следовательно,

много меньше Удр.рас- Поэтому /г < ж = Удр. ас/23.

Для различных структур fiR (0,1 - 0,3) [,м-

Для того чтобы описанный процесс повторился через время Т, нужно, чтобы в момент U + Т через диод протекал следующий импульс тока. Как следует из (10.27), чтобы это произошло, необходимо приложить к диоду в момент времени 4 импульс напряжения с амплитудой Оц- Обычно считают, что Un 2U p.

Такой импульс можно сформировать внешней цепью, возбуждая ЛПД сначала в ШРЛГГ-режиме (рис. 10.32, а).

5) %ппа

Для этого ЛПД соединяют фидером длиной / с фильтром нижних частот (ФНЧ); согласующее устройство (СУ) согласует нагрузку с выходом фильтра на частоте fiR-Частота среза ФНЧ больше /г/г, но меньше Л1, и поэтому фильтр пропускает колебания с частотой fiR и отражает колебания с частотой fiM (практически являясь для них коротким замыканием). Ввиду этого для /МЯЛТТ-режима эквивалентная схема генератора имеет вид, представленный на рис. 10.32, б. Генерируемые ЛПД ШЯЛГТ-колебания распространяются к короткозамкнутому концу линии, отражаются от него и возвращаются к диоду через время

t = 2l/v (v-скорость распространения волны в линии). Напряжение этих колебаний накладывается на напряжение и обеспечивает нужное для развития TRAPATT-режпш значение напряжения Уц-Таким образом, период процесса Т (частота генерации Jtr) определяется длиной линии /. Однако отраженные колебания не должны возвратиться к диоду ранее завершения процесса рассасывания плазмы, т. е. должно быть выполнено условие Т > восст- Это ограничивает диапазон рабочих частот ГЛПД в TRAPATT-режиме: < IAbocct-

Проведенный анализ позволяет оценить энергетические характеристики генератора в этом режиме. Считая временные зависимости тока и напряжения меандрами, получаем отношения амплитуд первых гармоник к постоянным составляющим /j/Zo = Ui/Uo = 4/я. Тогда т] = Р^/Ро = = 0,5/,U,/(IoUo) = 0,8.

Несмотря на столь большие значения к. п. д., реализация Т RAP AT Т-режима сопряжена с целым рядом трудностей. Так, для осуществления генерации в этом режиме необходимы очень большие плотности тока, которые при допустимых значениях температуры перехода обеспечить практически невозможно (поэтому обычно Т/?Л ЯЛ ТТ-генераторы используют в импульсном режиме). Кроме того, TRAPATT-режим сложно возбудить. Задачи оптимизации синтеза внешней цепи и проектирования генератора с максималь-

Рис. 10.32. Структура включения ЛПД so внешнюю цепь (а) в TRA-ЯЛТГ-режиме и эквивалентная схема (б)