Белов Л.А., Благовещенский М.В., Богачев В.М. и др. Радиопередающие устройства. Под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина (1982) (1095868), страница 58
Текст из файла (страница 58)
В ней добавлено два элемента: проводимость дгд и диффузионная емкость Сл. В закрытом, диоде проводимость элементов С и ид чрезвычайно мала по сравнению о проводимостью барьерной емкости С,„р, При огкрыаании диода емкость Со,р можно не принимать во внимание. Потери диода в открытом состоянии удобно характеризовать добротностью Я, = 7' = шСд!Ед, которая в первом Г приближении не зависит от на- пряжения, являясь лишь функпр! цией частоты (рис.
17.7). На некоторой частоте добротность максимальна (порядка нескольких единиц). Можно выделить диапазон частот ю, ~ ю ( юэ, внутри которого добротность открытого перехода больше единицы. Использовать частичное открывание варактора целесообразно, если рабочие частоты ВУЧ не выходят эа пределы: ы ~ ыы )Ую ~ ю, В этом слУчае потеРи пРи откРывании воэРастают не сильно. Граничные частоты оцениваются соотношениями уг УГж, гз Нгаыкл, где 0„— время жизни неосновных носителей в базе; Ганна — время выключения диода.Оно определяется по переходному процессу закрывания диода Максимум кривой О (ю) объясняется двумя видами потерь в открытом переходе: рекомбинационными и инерционными. При увеличении частоты первые падают, а вторые возрастают.
В высокочастотных варакторах применяются меры по снижению ~вмял, которое составляет десятые доли наносекунд Для етого предельно уменьшают тологину базы и создают в ней тормозяшее поле за счет неравномерного распределения примесей. Варакторы с тормозящим полем называют диодами е накоплением заряда (ДНЗ) или с резким восстановлением обратного сопротивления (ДСВ) Наибольшие значения мощности при высоком КПД доэтигаются в ВУЧ с ДНЗ в режиме с частичным открыванием.
$7.7. УМНОЖИТЕЛИ С ХОЛОСТЫМИ КОНТУРАМИ Падение КПД с ростом коэффициента умножения заставляет в однокаскадном ВУЧ снижать кратность У. Увеличить КПД и выходную мощность при й7 ) 3 удается, применяя так называемые холостые контуры. Поясним этот метод на примере утроителя. Пусть фильтры умножителя выбраны так, что через варактор протекает ток 1.й, 2-й и 3-й гармоник. Предположим, что потери в цепи 2-й гармоники малы, поскольку эта цепь не связана с нагрузкой и работает на холостом ходу. Отсюда и название — утроитель а холостым контуром, настроенным на 2-ю гармонику.
В таком утроителе выходная мощность возрастает, так как энергия входного сигнала преобразуется в энергию колебаний на частотах 2ю„и Зю„, взаимодействие колебаний 1-й и 2-й гармоник на нелинейной емкости приводит к преобразованию части мощности 2-й гармоники (за вычетом потерь) в мощность З-й. При увеличении выходной мощности за счет холостого контура растет и мощность потерь: ведь теперь в диоде рассеивается мощность трех составляющих тока, а не двух, как в простом умножителе. Несмотря на это, КПД может увеличиться в соответствии а-(17,3), если выходная мощность возрастает в большей мере, чем потери.
По экспериментальным данным, КПД утроителя с холостым контуром ва 2-ю гармонику составляет 70аА вместо обычных 40...50эм. В умножителвх произвольной нратности наибольший теоретический выигрыш в КПД дает внлючение Гт' — 2 холостых контуров, настроенных определенным образом В реальных ахемах применяется один холостой контур, редко — два Увеличение их числа приводит н незначительному росту эффективности, но заметно усложняет конструкцию и настройку умножителя. Э7.$. КОНСТРУКЦИИ СВЧ ВАРАКТОРНЫХ УМНОЖИТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ В качестве фильтров ВУЧ в диапазоне СВЧ широко применяются полосковые линии, С их помощью легче реализовать нужные характеристики ФНЧ и особенно ППФ, чем при использовании объемных Резонаторов, коаксиальных конструкций или фильтров а сосредото- ченными параметрами Крометого, уменьшаются и габаритные размеры устройства В случае выполнения фильтров на полосковых линиях умножитель строится по параллельной схеме, в которой один из выводов варактора можно соединить с основа- НИЕЧ гкОЧСтРУКЦИИ, ЧтО УЛУЧШаЕт отвод тепла от р — и-перехода Рис 17 8 Причер конструкции ва.
ракторпого умиожителя частоты СВЧ В учетверителе с выходной частотой порядка нескольких гигагерц (рис 17 8) входное устройство — ФНЧ лестничного типа, содсржашии емкости д, 5 и отрезки линий 4, б Выходное устроиство — ПГ1Ф с параллельно связанными полосковыми резонаторзчи 8 — 10 Диод 7 работает с частичным открыванием, позто. му напряхкение сиеюепия на неч создается автоматически за счет протекания прямого тока через сопротивление 11 Опо изготовлено нанесением на подложку материала с малой удельной проводимостью Э ыменты 1, 2 — входной в выход. ной разъемы умножителя, Г Л А В А 18. ГЕНЕРАТОРЫ СВЧ КОЛЕБАНИЙ НА ЛАВИННО-ПРОЛЕТНЫХ ДИОДАХ тал.
пРинцип дейстВия ПАвмннО-пРОлетнОГО диОдА ' Предполагается, что концентрация доноров в я+-области на несколько порядков превышает концентрацию акцепторов в р области, 252 Генерация колебаний СВЧ в режиме лавинного пробоя полупроводниковых диодов обьясняется тем, что возникающие под влиянием икы ременного поля изменения потока носителей заряда через диод запаздывают настолько, что большая часть их двил ется во время действия тормозящей полуволны СВЧ поля и отдает ему часть энергии, полученнои от постоянного поля.
Преобразования энергии обусловлены двумя основными процессами лавинным пробоем и пролетом носителей Отсюда название лавинно-пролетные диодьг (ЛПД1. В настоящее в(зек~я ЛПД изготавливают на основе германия, кремния и арсе- нида галлия, При помощи ЛПД генерируются колебания мощностью до 12 Вг от одного прибора в сантиметровом диапазоне и порядка 0,1 ..1 Вт в миллиметровом. Для анализз ЛПД необходимо рассмотреть распределение электрического поля в запорном слое, движение носителей заряда в сильных электрических полях и процесс ударной ионизации, приводящий к лавинному пробою. Процессы в ЛПД будут поясняться на примере одномерной модели германиевого диода с резким асиыметричныч р — и-переходом (рис. 18 1, а)".
Ширина части запорного слоя в и+-области такого диода незначительна, хотя интегральные заряды донориых и акцепторных центров в обеих областях одинаковы. //аг гл/г /рг /дс а Ел~(х) /г Ф /дт /23 ф»»д»гг д/1г»г Рис 182, Завнсичости скоростей дрейфа электронои (/) и дырок (2) з гер. мании от напряженности электрического поля Распределению заряда(»ис 18 1,б) соответствуют ргспреде те»»пя ншгря. женности электрического похе Е (х) н потеипиала ф (х) (ри 1Р 1, в, г) С по. мощью теоремы Гаусса нахс лт соотношения между шириной запорного слоя йг, максимальной напряженн.стью поля Е,» и падением напрялте» ня !/е на слое ул»нол ения П' = (е/р )Еч; (/„= (ж/р ) Ем», (18.1) где е — диэлектрическая поатоянная Рис 181.
Расположение и+- н Р.об материала диода; Р„= // г — пл Рзспределеиик исеть заряда иониаиронанныах акцептоплотности зарядов (б), напРяженно- ров ад- бласти; с — заряд элестрона стн полЯ (в) и потенциала (г) в Рез- Если конпентрапня акпепторон коч»симметричном Р— л.переходе // 8 !0»»» (/ 80 В = 3,3,10' В/сч, йг = 3,65 10-» см При таких напряженностях поля в большей части запорного слоя ЛПД дрейф носителей происходит иначе, чеч прн слабых полях Йз рис 18.2 видно, что скорости дрейфа пропорциональны Е лишь з»омп. не«кой» области Е ( 10' В/см Если же Е ) 1О' В/см, то можно считать, что о э постоанна и Равна величине, называемой скоростью насыщенна о„ас геР- мании для электронов г„с„— 0,7 10 см/с, для дырок анас и одэ пост т »м 0,8 1От см/с.
Если принять Ем = 3 !0» В/см, то из рис 18 1, е видно, чтп на 98% ширины эа слоя Е (х) ) 10«В, и, следовательно, в этой области скорости дрейфа порного о и Доп шение о носителей можно считать постоЯнными и Равными о„ас„и он«оп Д У постоянстве скоростей дрейфа а запорном алое хорошо выполняется также и в ЛПД на основе кремния и арсенида галлия В области Е)!Оа В/см с увеличением Е быстро растет вероятность «ударной ионизации» атома полупроводника, при которой каждое ионизирующее столкновение рождает два пвободных носителя заряда: электрон и дырку.
Интенсивность ее характеризуют коэгрфициентами ионизации а„для электронов и ар для дырок, определяющими среднее число ионизирующих столкновений на отрезке пути единичной длины. Они быстро возрастают с увеличением Е. Для германия а„и а„можно принять одинаковыми и при значениях Е, необходимых 2$2 для работы ЛПЛ, зависимость,.
а (Е) аппроксимировать степенной функцией а =- а„= ал = АЕ", где А — постоянная, зависящая от напряжения пробоя. (18. 2) таль стдтический Режим лАВиннО-пРОлетнОГО диОдА. ПОНЯТИЕ О СЛОЕ УМНОЖЕНИЯ И ПРОЛЕТНОМ ПРОСТРАНСТВЕ При достаточном обратном напряжении (! на р — п-переходе ударная ионизация атомов полупроводника в области больших значений Е приводит к увеличению тока проводимости ! через диод, Введем функцию умножения числа носителей Ч', имеющую смысл среднего числа ионизирующих столкновений, рассчитанных на один носитель.
Тогда полный постоянный ток ! через запорный слой будет равен сумме тока носителей, рожденных за счет ударной ионизации, и тока насыщения диода !„„, т. е. ! = «Р! + /н„е. Поэтому !нас! (1 1) (18.3) Если коэффициент ионизапии а определяется выражением (18.2), то зависимость функции умножения Чт от максимальной напряженности поля Е„имеет вид (Ем) — (Ем(Ем а) ,,о().!р(п) е»+» + ь «+++++++ !(1,') з ' ','=,Е! тт й5 ! Еи/Еа» йе й5 йд «!во дУ)Т Рис. !8 3 Зависимость тока диода от максимальной напряженности алектрнческого полн Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
