Арипов Х.К., Кузьмина Г.Н. и др. Микроволновые полупроводниковые приборы - файл mikrovolno_poluprovod_pribori.doc

Арипов Х.К., Кузьмина Г.Н. и др. Микроволновые полупроводниковые приборы
скачать (483.7 kb.)
Доступные файлы (1):
mikrovolno_poluprovod_pribori.doc1409kb.29.05.2003 11:50скачать

mikrovolno_poluprovod_pribori.doc

1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12

ЛЕКЦИЯ № 8


Диод Ганна


  1. Концептуальная диаграмма.

  2. Междолинный переход электронов.

  3. Объемное отрицательное сопротивление.

  4. Режимы работы. Характеристики и параметры диода Ганна.

  5. Контрольные вопросы.


8.1. Концептуальная диаграмма.



8.2. Междолинный переход электронов
Для ycилeния и гeнepaции кoлeбaний CBЧ-диaпaзoнa мoжeт быть иcпoльзoвaнa aнoмaльнaя зaвиcимocть cкopocти элeктpoнoв oт нaпряжeннocти элeктpичecкoгo пoля в нeкoтopыx пoлyпpoвoдникoвыx coeдинeнияx, пpeжде вceгo в apcенидe гaллия. Пpи этoм ocнoвнyю poль игpaют пpoцeccы, пpoиcxoдящиe в oбъeмe пoлyпpoвoдникa, a нe в p-n-пepexoдe. В 1961 -1962гг. Ридли, Уоткинс и Хилсум теоретически показали, что однородные образцы из некоторых полупроводниковых материалов могут иметь отрицательную дифференциаль­ную проводимость. В 1963 г. Дж.Ганн экспериментально обнару­жил токовую неустойчивость (высокочастотные периодические импульсы тока) в однородных образцах из GaAs и InP с электрон­ной проводимостью (пoэтoмy тaкиe пpибopы нaзывaют диoдaми Гaннa). В oтeчecтвeннoй литepaтype иx нaзывaют тaкжe прибopaми c oбъeмнoй нeycmoйчивocmью или c мeждoлинным пepeнocoм элeкmpoнoв, пocкoлькy aктивныe cвoйcтвa диoдoв oбycлoвлeны пepexoдoм элeктpoнoв из «цeнтpaльнoй» энepгетичecкoй дoлины в «бoкoвyю», гдe oни xapaктepизyютcя бoльшoй эффeктивнoй мaccoй и мaлoй пoдвижнocтью. В инocтpaннoй литepaтype пocлeднeмy нaзвaнию cooтвeтcтвyeт тepмин TED (Traпsferred Electroп Device).

Рассмотрим физическую природу эффекта Ганна. Внутри лю­бого кристаллического полупроводника существует пространст­венно-периодическое электрическое поле. При ионной связи оно создается разноименно заряженными ионами в соседних узлах кристаллической решетки, при ковалентной - положительно заря­женными атомными «остатками» и электронами связи. Влияние этого поля чрезвычайно усложняет задачу описания движения электронов под действием внешнего электрического поля. Однако квантовая теория показывает, что усредненные по периоду внутри-кристаллического поля параметры движения можно описать урав­нениями классической физики при замене в них массы электрона т на некоторую эффективную массу тn. Так, усредненная скорость электрона при его движении во внешнем поле E может быть найде­на с помощью классического уравнения Ньютона:

(8.1)

Подобным же образом вводится эффективная масса дырки, но мы не будем ею интересоваться, так как в ДГ применяются элект­ронные полупроводники. Величина эффективной массы зависит от материала и структуры кристалла, а также энергии носителя заряда.

Соотношение между энергией электрона проводимости и его им­пульсом р (или волновым числом k = р/; ħ = h/2?, где h - постоянная Планка) также можно записать в приближении эффективной массы:

(8.2)

Дважды дифференцируя это выражение по k, получаем

(8.3)

Эту формулу используют для определения mn по зависимости W(k). Как правило, такая зависимость немонотонна. Рассмотрим упрощен­ную зависимость W(k), описывающую поведение электронов в зоне проводимости такого материала (рис. 8.1). Ее особенностью явля­ется наличие двух минимумов, называемых энергетическими до­линами. Полупроводники, описываемые подобной зависимостью W(k), называют двухдолинными. Минимальная энергия электронов, имеющая место при k=0, соответствует дну зоны проводимости; верхняя долина 2 отделена от нижней 1 энергетическим зазором ?W', который значительно меньше ширины запрещенной зоны ?W (для GaAs ?W = 0,36 эВ, а ?W'= 1,42эВ). Зависимость W(k) в окрестности обоих минимумов хорошо аппроксимируется параболами (штрихо­вые линии на рис. 8.1), поэтому в соответствии с формулой (8.3) эффективные массы электронов, на­ходящихся в нижней и верхней доли­нах, почти постоянны, но различа­ются по значению из-за разной ши­рины долин. Так, для GaAs, часто используемого в диодах Ганна, тn1 = 0,072 т, mn2 = 1,2m. Подвижность электронов ? = q·?с/mn, где ?с - среднее время между столкновениями с решет­кой. Для GaAs ?1 = 8·103 см/В·с,?2 = 102 см/В· с. Это означает, что дрейфовая скорость «легких» электронов нижней долины ?др1 = ?1·Е поч­ти на два порядка больше скорости «тяжелых» электронов верхней долины ?др2 = ?2·Е.



Рис. 8.1. Энергетические долины в зоне проводимости полупроводника

При комнатной температуре средняя энергия свободных элек­тронов мала и почти все они находятся в нижней долине. Увеличе­ние температуры кристалла приводит к росту средней энергии («разогреву») электронов, и все большее число их приобретает энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера, разделяющего долины. В результате нижняя долина опустошает­ся, а верхняя - заполняется. Этот процесс называют междолин­ным переходом.

Однако разогрев (т.е. увеличение энергии) электронного газа можно осуществить не только повышением температуры кристал­ла, но и с помощью внешнего электрического поля Е, изменяя на­пряженность которого можно управлять междолинным переходом электронов. Значение Е, при котором начинается интенсивный междолинный переход, называют пороговым и обозначают Еп. Для GaAs Еп  3,2 кВ/см.

Исследования показывают, что пороговое зна­чение напряженности Еп, при котором начинается междолинный переход электронов, достигается лишь в узкой области образца, где имеется неоднородность концентрации примеси или флуктуа­ция электрического поля.

Предположим, что на некотором небольшом участке с протя­женностью  концент-рация донорной примеси несколько меньше, чем в остальной части образца (рис.8.2 а). Увеличение элек­трического сопротивления приведет к росту падения напряжения на участке  по сравнению с другими участками такой же длины и к росту напряженности поля Е в нем (рис. 8.2 б). Пусть на­пряженность поля на участке  несколько выше, а вне его не­сколько ниже пороговой напряженности Еп. Тогда на участке  начнется переход электронов из нижней долины в верхнюю, со­провождающийся понижением дрейфовой скорости электронов.

Оказавшиеся в верхней долине электроны начинают отставать от неперешедших электронов, так что в левой части участка наблю­дается избыток электронов (отрицательный объемный заряд), а в правой — недостаток электронов, т. е. объемный положитель­ный заряд донорных ионов, который теперь не компенсируется зарядом электронов. Образующийся двойной электрический слой объемного заряда (рис. 8.2 в) называется электрическим доме­ном. В целом домен должен быть электрически нейтральным. Так как электроны в образце двигаются, то и домен перемещается в том же направлении (на рис. 8.2 в вправо), уходя от участка с неоднородностью. На рис. 8.2 в изображены положения домена в моменты времени t1 и t2.

Образование домена означает увеличение напряженности поля в нем (рис. 8.2 г) и разности потенциалов на участке, занимае­мом доменом (рис. 8.2 д). При постоянном внешнем напряжении U0 на образце это должно приводить к уменьшению падения на­пряжения на остальной части образца и напряженности по­ля вне домена. Поле на участ­ке неоднородности становится значительно меньше порогово­го, что препятствует возникно­вению нового домена. Затем электроны из домена уходят во внешнюю цепь, домен начинает исчезать (рассасываться), напря­женность поля в нем из-за уменьшения числа электронов падает, а напряженность поля в остальной части образца возрастает. По­этому в процессе исчезновения домена электроны в образце уве­личивают дрейфовую скорость. В момент исчезновения домена поле в образце восстановится и на участке неоднородности превысит пороговое значение. После этого начнется образование нового до­мена и т. д.

Таким образом, в образце движется только один домен, место возникновения которого определяется неоднородностью.

Найдем плотность дрейфового тока, протекающего через двухдолинный полупроводник n-типа. Учитывая, что ток образуется как «легкими», так и «тяжелыми» электронами, можем записать

. (8.4)

Здесь n1(E) и n2(E) - концентрации электронов в нижней и верх­ней долинах, зависящие от напряженности внешнего поля Е. Отме­тим, что полная концентрация электронов n­0=n1(Е) + n2(Е) не зави­сит от Е, так как она определяется только концентрацией доноров.



Рис. 8.2. Графики образования и движения доменов в полупроводнике
Перепишем (8.4), умножив и разделив правую часть на n0:

, (8.5)

где

(8.6)

-усредненная по двум долинам (по «легким» и «тяжелым» элект­ронам) подвижность.

Учитывая это, вместо (8.5) можно записать

; (8.7)

др(Е) = ср(Е)Е -усредненная по двум долинам дрейфовая ско­рость.



Рис. 8.3. Зависимость концентраций электронов в верхней и нижней долинах (а),подвижности электронов (б) и скорости др (в) от напряженности
Таким образом, поле-скоростная характеристика др(E) пол­ностью определяет зависимость j(Е). Рассмотрим ее, считая 12. На рис. 8.3 а показан примерный вид зависимостей n1(E) и n2(Е). В слабых полях (при Е < Е1) почти все электроны находятся в нижней энергетической долине, т.е. n1 n0, n2 0 и в соответствии с (8.6) ср >> 1. При Е>E1 в результате «разогрева» электронов полем начинается интенсивный междо­линный переход, вследствие чего в диапазоне E1 < E < Е2 n1, уменьшается, а n2 растет.

При Е E2 переход завершается; при Е> Е2 нижняя долина прак­тически опустошена, а верхняя заполнена, т.е. п1 0, n2 n0, сp 2. Соответствующие ска­занному зависимости сp(Е) и др(E) = сp(E)E показаны на рис. 8.3 б, в. Важной особен­ностью характеристики др(E) является падающий участок с отрицательной дифференциальной проводимостью, начинающийся при напряжен­ности поля Еп, которая была названа пороговой.
8.3. Объемное отрицательное сопротивление
Общим условием усиления или генерации колебаний является наличие отрицательного дифференциального сопротивления, или дифференциальной проводимости. Найдем условие, при котором возможно существование отрицательной дифференциальной про­водимости в однородных полупроводниках.

Плотность тока через полупроводник в общем виде определяется зависимостью (8.4). Условием возникновения отрицательной проводимости является dj/dE<0. Дифференцируя (8.4), с учетом dп1/dE = —dп2/dE и ?1>>?2 (пренебрегаем членами с ?2) условие возникновения отрицательной проводимости получим в виде

d n2 / dE > n1 / E. (8.8)

Это означает, что на участке отрицательной проводимости переход электронов из одного минимума в другой должен быть достаточно интенсивным при небольших изменениях E.

По выражению (8.7) плотность тока зависит от на­пряженности поля так же, как и дрейфовая скорость. Так как ток диода I=jS, где S - площадь его поперечного сечения, а напряжение на диоде U=Eℓ, где - расстояние между контактами (длина диода), то

(8.9)

Это выражение определяет вольт-амперную характеристику диода Ганна при однородном распределении электрического по­ля по продольной координате. Дифференциальная проводимость ДГ



в диапазоне напряжений питания от Uп=En до U2=E2 отрицательна и может компенсировать потери в под­соединенной к диоду пассивной це­пи, что открывает возможность ис­пользовать его для генерации или усиления колебаний.

Изложенный физический механизм образования отрицательного сопротивления в арсениде галлия был убедительно подтвержден экспериментами по влиянию давления на характеристики диодов Ганна.
8.4. Режимы работы. Характеристики и параметры диода Ганна
В зaвиcимocти oт пapaмeтpoв диoдa (cтeпeни и пpoфиля лeгиpoвaния мaтepиaлa, длины и плoщaди ceчeния oбpaзцa и eгo тeмпepaтypы), a тaкжe oт нaпpяжeния питaния и cвoйcтв нaгpyзки диoд Гaннa, кaк гeнepaтop и ycилитeль CBЧ-диaпaзoнa, мoжeт paбoтaть в paзличныx peжимax: дoмeнном, oгpaничeния нaкoплeния oбъeмнoro зapядa (OHOЗ), гибpиднoм, бeryщиx вoлн oбъeмнoro зapядa, oтpицaтeльнoй пpoвoдимocти




Pиc. 8.4. Зависимость скорости домена от напряженности
8.4.1. Доменные режимы работы

Рассмотрим следующие разновидности домен­ных режимов:

Для дoмeнныx peжимoв paбoты диoдa Гaннa xapaктepнo нaличиe в oбpaзцe cфopмиpoвaвшeгocя дипoльнoгo дoмeнa в тeчeниe знaчитeльнoй чacти пepиoдa кoлeбaний.

Скopocть дoмeнa д и мaкcимaльнaя нaпpяжeннocть пoля в нeм Eд cвязaны пpaвилoм paвныx плoшaдей

(8.10)

В cooтвeтcтвии c (8.10) плoщaди, зaштpиxoвaнныe нa риc. 8.4 и oгpaничeнныe линиями (E), д = const, Eд = const, являютcя oдинaкoвыми. Kaк виднo из pиc. 8.4, мaкcимaльнaя нaпpяжeннocть пoля Eд в дoмeнe знaчитeльнo пpeвышaeт пoлe Eвн внe дoмeнa и мoжeт дocтигaть дecяткoв кB/cм.

8.4.1.1. Пролетный режим генератора.

Обычно так называют режим ра­боты, в котором колебательная система, связанная с прибором Ганна, имеет низкую добротность. В этом случае переменное на­пряжение на колебательной системе мало по сравнению с постоян­ным напряжением и не оказывает обратного влияния на процессы в образце из GaAs. Если постоянное напряжение превышает поро­говое значение, то в образце возникнут импульсы тока, частота следования которых определяется временем пролета. Этот режим уже рассмотрен как эффект Ганна.

Частота генерации в пролетном режиме определяется форму­лой :

,

где То — время пролета домена.

Условие пролетного режима определяется неравенством

(8.11)

Теоретический анализ показывает, что КПД в пролетном режи­ме максимален, когда n0составляет от одной до нескольких еди­ниц на 1012см-2, домен занимает примерно половину длины образ­ца, а форма тока почти синусоидальная. Обычно . Мощ­ность колебаний в пролетном режиме можно оценить по формуле

P=?P0, (8.12)

где P0— потребляемая от источника мощность

Р0=I0U0. (8.13)

Необходимое напряжение источника U0=Enℓ, а ток I0=qn0дрS. Тог­да P0 пропорциональна S. Однако площадь влияет на сопротив­ление образца в слабом поле R0:

(8.14)

Для получения необходимой выходной мощности и КПД следует выбирать определенное отношение активного сопротивления на­грузки Rн и образца R0. Таким образом, нельзя выбирать любую площадь образца: ее величина оказывается обратно пропорцио­нальной сопротивлению Ra. На основании соотношений (8.12) — (8.14) можно получить произведение мощности на сопротивле­ние

(8.15)

Таким образом,

(8.16)

т. е. произведение мощности на сопротивление обратно пропорцио­нально квадрату частоты. Действительно, для увеличения пролет­ной частоты необходимо уменьшить длину образца, что приводит к уменьшению сопротивления образца R0 и необходимости сниже­ния напряжения питания U0. При постоянстве отношения Rн/R0 требуется уменьшить сопротивление нагрузки. Следовательно, уменьшение как U0, так и RH вызовет снижение полезной мощ­ности.

Длина образца определяется выбранной рабочей частотой, а концентрация п0условием (8.11), поэтому сопро­тивление образца R0 можно изменять только выбором площади образца S. При этом можно обеспечить значение Rн/R0, необходи­мое для получения заданной мощности и КПД. Из-за сильной за­висимости мощности и КПД от частоты пролетный режим прибо­ров с объемной неустойчивостью не нашел применения в СВЧ-генераторах.
8.4.1.2. Режим с задержкой образования домена.

Этот режим наблю­дается, когда резонатор имеет высокую добротность, постоянное напряжение больше порогового значения (U0>U0n), а время про­лета домена Т0 меньше периода колебаний Т.

На рис. 8.5 показаны вольт-амперная характеристика прибо­ра, изменение во времени напряжения на приборе в режиме ге­нерации с амплитудой U1 и изменение во времени тока.

Когда напряжение на образце

U =U0 +U1 sin?t = U0+U1 sin(2?t/T) (8.17)

достигает порогового значения Uоп, возникает домен, ток умень­шается в соответствии с участком АС вольт-амперной характери­стики. Далее зависимость тока от напряжения должна изобра­жаться участком CDN, а после прохождения через амплитудное значение напряжения — обратным движением по ветви NDCB. Однако если время пролета Т0настолько, что когда домен по­дойдет к аноду, напряжение станет меньше порогового (точка М), домен исчезнет, а ток возрастет. Следующий домен возникнет только с задержкой на время Т-Т0, когда U достигнет порогового значения. В интервале времени ТИ=Т-Т0 (пассивная часть пе­риода) образец является омическим сопротивлением и изменения тока и напряжения соответствуют на вольт-амперной характери­стике сначала участку FK, а затем KFA. После этого возникает новый домен и весь процесс повторяется.

Период колебаний Т определяется настройкой резонатора. При заданном времени пролета домена T0 возможна механическая пе­рестройка частоты в некотором интервале, зависящем от выбора величин U0 и U0n, которые определяют отношение Т/Т0. Очевидно, T/T0?2 при U0?U0n. Таким образом, при U0 U0п частота гене­ратора может изменяться настройкой резонатора в пределах от пролетной частоты fпр=1/T0 до вдвое меньшей величины: fnp > f > fпр /2. Если U0>U0п, диапазон перестройки уменьшается.

Уточним условия существования режима с задержкой образо­вания домена. Кроме условия T0<T необходимо, чтобы амплитуда переменного напряжения не была настолько велика, что во время пролета домена напряжение упадет ниже значения напряжения исчезновения U. В случае U0=U необходимо, чтобы U1<(U0п-U).

В энергетическом отношении режим с задержкой образования домена более выгоден, чем пролетный режим. Длительность импульса тока ТК=Т—Т0 может превышать сумму времени нарастания и рассасывания домена, которая определяет длительность импульса в пролетном режиме. КПД возрастает с увеличением длительности импульса TИ и достигает максимального значения примерно при TИ=T/2=T0, т. е. на рабочей частоте, вдвое мень­шей пролетной.


Рис. 8.5. Вольт-амперная характеристика в режиме задержки образования домена

В режиме с задержкой образования домена КПД теоретиче­ски достигает 25%, а экспериментально получено 20% при отда­ваемой импульсной мощности 100 Вт.
8.4.1.3. Режим с подавлением домена.

В этом режиме домен исчезает (подавляется) раньше, чем он дойдет до анода, т. е. в момент вре­мени, когда напряжение на образце становится меньше U.

На рис. 8.6 этот момент смещен относительно момента возникнове­ния домена на время Т'0, которое можно было бы назвать време­нем жизни домена или временем его существования, в отличие от времени пролета Т0 в пролетном режиме, когда он проходит через весь образец (T0=ℓ/?д, T'0=ℓ'/?д , '<). Следующий домен воз­никает лишь спустя время Т0—Т'0, когда напряжение достигнет порогового значения. Пользуясь вольт-амперной характеристикой, нетрудно определить изменение тока во времени. В интервале вре­мени tn=T0Т'0 образец ведет себя как омическое сопротивление. Время жизни домена в режиме с подавлением домена меньше периода колебаний генератора (Т'0<Т). Частоту колебаний удоб­но сравнивать с возможной пролетной частотой, которая опреде­ляется временем пролета Т0 через образец. В нашем случае, оче­видно, Т'00 (домен гибнет, не доходя до конца образца). Само же время пролета может быть и больше периода колебаний, так как оно никак далее не влияет на процессы в образце. Таким обра­зом, возможны два случая:

Т'0 < Т0 < Т; (8.18)

Т'0 < Т < Т0. (8.19)





Рис. 8.6. Вольт-амперная характеристика в режиме с подавлением домена
Неравенству (8.18) соответствует частота генерируемых коле­баний меньше пролетной частоты образца, при U0=U0п она со­ставляет примерно 0,75fпр. Неравенство (8.19) означает возмож­ность получения частоты больше пролетной. Ограничение по ча­стоте сверху реально связано с тем, что период колебания не мо­жет быть меньше суммы времени формирования и исчезновения домена. Верхняя частота может в несколько раз превышать fпр. Следовательно, диапазон механической перестройки частоты в ре­жиме с подавлением домена оказывается достаточно широким.

При заданном напряжении питания U0 постоянная составляю­щая тока I0, амплитуда первой гармоники I1 выходная мощ­ность Р, электронный КПД ? и сопротивление нагрузки Rн зави­сят от амплитуды напряжения U1. При определенных значе­ниях U1, соответствующих согласованной нагрузке генератора, КПД будет максимальным. Достоинством режима работы с по­давлением домена, как показывает анализ, является то, что в ши­роком диапазоне рабочих частот мощность в нагрузке и КПД гене­ратора при неизменных напряжении питания и величине нагрузки остаются постоянными.
8.4.2. Режим ограниченного накопления объемного заряда (ОНОЗ).

Название режима связано с тем, что и в нем домены не успевают сформироваться и объемный заряд в каждой неустойчивости ока­зывается ограниченным, т. е. меньшим заряда в полностью сфор­мированном домене. Для получения такого режима период коле­баний должен быть много меньше времени формирования домена (T<<tФ).

Предположим, что к образцу приложено постоянное напряже­ние U0, больше порогового значения (U0>U0п), и переменное на­пряжение с амплитудой U1>(U0U0п), как показано на рис. 8.7. Когда результирующее напряжение превысит U0п, начинает обра­зовываться домен. Если в ту часть периода, пока U0>U0п. домен не успевает сформироваться (условие режима ОНОЗ), то зависимость тока от поля не совпадает с вольт-амперной характеристи­кой прибора с доменной неустойчивостью, как в прежних режимах, а повторяет вольт-амперную характеристику образца без домена, т. е. зависимость дрейфовой скорости от поля. При этом ток сна­чала уменьшается, а затем растет до значения Iмаx при U0=U0п. В эту часть периода t' образец ведет себя как отрицательное со­противление и происходит передача мощности в СВЧ - цепь. В оставшуюся часть периода t' = T - t'и U < Uon по определению ре­жима объемный заряд должен рассасываться. Если он не успевает исчезнуть, то за несколько периодов накопится такой заряд, что прибор выйдет из режима ОНОЗ. В интервале t" прибор ведет себя как положительное сопротивление (поглощение мощности), а ток изменяется в соответствии с начальной ветвью вольт-ампер­ной характеристики. Таким образом, изменение тока имеет слож­ный вид, определяемый характеристикой (E).



Рис. 8.7. Вольт-амперная характеристика в режиме ограниченного накопления объемного заряда
СВЧ - мощность, создаваемая в единице объема при амплитуде первой гармоники тока I1 и напряжении U1=E1ℓ (E1 амплиту­да напряженности поля), равна Р=U1I1/2. Отрицательное дифференциальное сопротивление образца

(8.20)

Используя формулу (8.20), получаем

. (8.21)

т. е. в режиме ОНОЗ произведение мощности на сопротивление не зависит от частоты и определяется амплитудой переменной со­ставляющей поля в домене Е1 и длиной образца ℓ.

Режим ОНОЗ особенно эффективен на высоких частотах (f 3.10 ГГц), так как в нем, в отличие от других режимов, нет огра­ничения на время пролета и время формирования домена. Однако имеется принципиальное ограничение для частоты, связанное с тем, что, как уже отмечалось, на частотах более 20 ГГц зависи­мость дрейфовой скорости от поля заметно отличается от статиче­ской зависимости. Расчеты показывают, что максимальная частота генерации не может превысить 200 ГГц. Наибольшая достигнутая частота в режиме ОНОЗ составляет 160 ГГц. Отмеченное принци­пиальное ограничение приводит к падению КПД с ростом часто­ты. Максимальное значение КПД на частоте около 20 ГГц состав­ляет 20—25%. Значение КПД можно несколько увеличить (до 30%), если обеспечить получение несинусоидальной формы напря­жения на приборе. Подобное влияние гармоник на КПД проявля­ется и в других приборах. Для создания несинусоидальной формы напряжения необходимо, чтобы резонатор возбуждался колебания­ми тока как на рабочей частоте, так и на ее гармониках.

Режим ОНОЗ характеризуется большой амплитудой колеба­ний. Однако ввод в этот режим представляет значительные труд­ности.

В режиме ОНОЗ частота колебаний определяется внешней цепью (резонатором), при этом применяют как механическую, так и электрическую перестройку последнего с помощью варакторного диода.
8.4.3. Гибридный режим

Этот режим является промежуточным меж­ду режимами ОНОЗ и с подавлением домена. Отличие от режима ОНОЗ состоит в том, что время формирования домена составляет бульшую часть периода, а от режима подавления — в том, что до­мен рассасывается, не успев полностью сформироваться.

При понижении рабочей частоты наблюдается плавный пере­ход из режима ОНОЗ в гибридный режим, а далее из гибридного режима — в режим с подавлением домена. Таким образом, воз­можно изменение частоты в очень широком диапазоне, перекры­вающем диапазоны отдельных режимов работы.

Режим OHOЗ и гибридные режимы работы диода Ганна относят к режимам с «жестким» самовозбуждением, для которых характерна зависимость отрицательной электронной проводимости от амплитуды высокочастотного напряжения. Ввод генератора в гибридный режим (как и в режим OHOЗ) представляет сложную задачу и обычно осуществляется последовательным переходом диода из пролетного режима в гибридные.



Рис. 8.8. Статическая вольт-амперная характеристика диода Ганна

8.4.4 Параметры диода Ганна

Подытоживая сказанное выше, перечислим основные параметры диода Ганна:

Электрические параметры ДГ Uпор, Iпор, R0 определяются по статической вольт-амперной характеристике (рис. 8.8).
8.5. Контрольные вопросы:


  1. Какой процесс называют междолинным переходом?

  2. Что такое домен?

  3. Условия возникновения отрицательной проводимости.

  4. Какие режимы работы диода Ганна вы знаете? Охарактеризуйте каждый из них.

  5. Основные параметры диода Ганна.


1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации