Белов Л.А., Благовещенский М.В., Богачев В.М. и др. Радиопередающие устройства. Под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина (1982) (1095868), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Повторяя с описанной заменой рассуждения, котррые прнвелн от (!8.28) к (18.34), легко показать, что в стационарном режпме должно выполняться равенство Е (.4») /и//' Из него определяется амплитуда колебаний нв слое умножения в стационарном режиме (ряс. 18.12). В соответствнн с (18 38) амплитуда колебаний рк~тет линей но с увеличением / прн ///и ) !,б. Рост амплитуды н мощности колебаний в резльном ЛПД ограничивается либо возможностямн теплоотвода, либо не учтенными впрнведенвом лнзлнзе нелннейностыо фуннпнн умножения, влиянием переменного нзпряженяя нз ЛПД нз угол пролета и влпяннем токе насыщенна диода /нзе, лв 4 7 Для практических оценок диапазона работы ЛПД и мощности, отдаваемой в диапазоне, оказывается удобным, опираясь на найденные значения 1/» и токов 1пк и 1„„рассчитать напряжение 1/„, полное напряжение на запорном слое (/!г и полный ток через диод !д =' !лз + )озС» 1/» По этим данным рао.
считывается эквивалентная комплекс- Р / 7 Ю 7/Гл Рпс 1812. Зависимость нормнровенной змплнтуды напряжения нз слое умножения генерзтора нз лввннно-пролетном диоде от отнощення рабочего тока к пусковому р,,г !сма ри, Нг)см' 4РРР гррр ьи,См/емт р 4 б д и ю/2зг, Щ Я Рнс. 18.13 Пример расположения лнннй Равной амплитуды колебаний н равной частоты на плоскости комплексноА проводимости запорного слоя лавннно.пролетного диода (а) н зависимости мощностн, отдаваемой запорным слоем того же диода, от рабочей частоты (б) ная проводимость запорного слоя Уа (оз, Уя) = бог + )Вон.
Результаты таких расчетов можно представить на плоскости комплексной проводимости в виде линий равных амплитуд переменного напряжения на ЛПД, пересеченных линиями равных частот колебаний (рис. 18.!3, а). По характеристикам на рис. 18.13, а легко рассчитывается мощность Ры, отдаваемая запорным слоем ЛПД. Рассмотрим, как изменяетгя Рог при фиксированной амплитуде Уы о увеличением частоты. Длн этого используем формулу Ры = 0,5Уйбы (Ун, щ). Поскольку Уы = сопз1, мощность Ртх изменяется пропорционально проводимости бы, которая находится по графикам на рис. 18.13, а. Из рис, 18.13, б видно, что оптимальная при заданном Уао рабочая частота диода примерно в 1,5 раза превышает лавинную и слабо зависит от значения Уи.
Полоса рабочих частот (по уровню половинной мощности) получается порядка октавы. КПД запорного слоя ЛПД можно оценить, приняв, что допустимая амплитуда Уж составляет не более 50% от постоянного напряжения У, на диоде. Очевидно, что Ры = 0,5У„)„,позорщ, где орп,— сдвиг фазы между 1) и 1„„. В диоде с резким переходом У вЂ” 0,6Ум, т', соз орит = х „т )(а (т„). Примем коэффициент формы лавинного тока 1„,)1 ж 2 и положим т = п!2. Тогда 1, соз орпо = 1,21. Кроме того, при Уаг1У, = 0,5 получим У IУ, = 0,3, Следовательно, Ры 0и 1ы,соз рп, т(о = ж 0,18. Ро 2ио( Влияние потерь в г снижает полный КПД Ч, поскольку оптнмзльные значения Чк оказываются порядка 0,4...0,8, Такам образом, для типовых ЛПД реальное значение Ч = о)аяк еи 9...12оло. Оптнмнзапнея геометрической формы н профиля легнроваяня диода н снижением сопротнвлення хо доатнгают значений т1 — 20 аоод Колебательную систему ГЛПД рассчитывают обычныы способом, если известны активная (отрицательная) бгт и реактивная Вгг проводимости диода.
Реактивная проводимость колебательной системы в точках включения ЛПД выбирается индуктивной и равной по модулю реактивной проводимости диода на заданной рабочей частоте. Элементы связи с нагрузкой рассчитываются так, чтобы внесенное сопротивление вместейс г, обеспечило выполнение условия баланса амплитуд при заданном запасе по самовозбуждению. Следует отметить, что, как видно нз эквивалентной схемы на рис.
18.Ю, б, даже при подключении одиночной индуктивности к диоду в точках АА' колебательная система получается двухконтурной. Поэтому при расчетах резонатора необходимо учитывать возможность самовозбужденпя на нескольких частотах и принимать меры для подавления генерации на частотах, отличных от рабочей.
Примеры коакснальной конструкцки и топология микрополоскового ГЛПД на частоты порядка 1О ГГц были показаны на рис. !8.9. Для улучшения стабильностк часгогы ГЛПД в колебательную систему вводят дополнительные резонаторы с высокой добротностью, а для частотной модуляции — варикапы Недостатком ГЛПД является относительно высокий уровень Фазовых шумов, который можно уменьшить, применяя синхронизацию через циркулктор от генератора с лучшим спектром.
Если в схеме с циркулятором условия самогозбуждения не выполнены, по ЛПД частично компенсирует потери в колебательной системе в некоторой полосе частот, то происходит ускление колебаний СВЧ. На выходе усилктелей получаются несколько иеньшие мощности, чем от тех же диодов в режиме генерацик Известны также и другие примевения ГЛПД: для умножения частоты, преобразовавия частоты и т, д, ;3.7. АНОМАЛЬНЫЛ РЕЗКИМ РАБОТЫ ЛАВИННО-ПРОЛЕТНОГО ДИОДА При анализе нормального пролетного режима ЛПД было выяснено, что КПД диода в этом рехгиме невысок. Детальный анализ работы ЛПД 1131 выявил возможность реализации режима с гораздо более высокими (до 75ейз) значениями КГ(Д.
Этот режим называется аномальным или режимом с захватом плазмы*. В этом режиме наведенный ток протекает в то время, когда напряжение на диоде весьма мало, Напомним, что в нормальном режиме остаточное напряжение на диоде должно быть настолько большим, чтобы скорость движения носителей была постоянной н равной и„„. В аномальном режиме наведенный ток протекает при очень низком напряжении на диоде. Для реализации такого режима нужна специальная колебательная система (рис.
18.14, а) и диод со структурой и+ — р — р+, в котором напряженность поля не слишком быстро убывает с удалением от р — и-перехода к краю запорного слоя (рис. 18.14, б). Обычно аномальный режим является полигармоническим, причем колебание с основной частотой оказывается одной из субгармоник нормального пролетного колебания.
Наибольший интерес представляет генерация второй субгармоники, поскольку частота колебаний в ано- В зарубежной литературе зтот режим называют ТйАРАТТ (Тгарред Р1азща апг! Тг1ййегеб Тгапзп), а диоды, предназначенные для итого режима,— Тй АРАП-днодаии. Тбб а) Р гяуы Рис. 18.14 Конструкция колебательной системы генератора для реализации аномального режима работы лавинно-пролетного диода (а), распределения напряженности алектРкческого полЯ вдоль диода в последовательные моменты 1« 1~ «$ (!е «1« распространения полны иониаации (б) и временнйе диаграммы напряжения на диоде, тока лавинной генерации носителей и наведенного тока (и) мальном режиме оказывается в этом случае наибольшей.
В колебательной системе (рис. 18 14, а) следует выделить «шляпку» 2 около диода ), емкость которой позволяет поддерживать на диоде достаточно высокое напряжение во время прохождения волны ионизации, и два участка. Первый из них (3) настроен на 2-ю гармонику аномального колебания, на частоте которой генерируются колебания в обычном пролетном режиме. Второй (4) расположен за поршнем настройки на 2-ю гармонику и образует основную часть колебательной системы для рабочей частоты. Возбуждение аномальных колебаний вызывается ростом нормаль. ного колебания на 2-й гармонике (участок ! — 2 на рис.
18 14, в) за счет энергии, запасенной в колебательной системе, н вызывает всплеск напряжения на диоде, сильно превышающий пробивное напряжение. Под влиянием этого всплеска происходит интенсивное лавинное размножение пар носителей около р — и-перехода (участок 2 — 3). Концентрация пар носителей столь высока, что они экранируют заряд неподвижных акцепторов и снижают напряженность поля около перехода (пунктнр на рис. 18.14, б), Но поскольку напряжение на диоде не может резко уменьшиться (из-за влияния емкости «шляпки»), максимум напряженности поля, а следовательно, и максимум скорости генерации пар перемешается вправо от перехода. Образуется ударная волна ионизации, которая за малую часть периода проходит через всю р-область и приводит к образованию во всей этой области электронно- ырочной плазмы высокой концентрации.
Напряжение на диоде резко д падает, и скорость движения носителей снижается. Происходит зхват плазмы» в р-области. Далее следует цикл рассасывания носителей (участок д — 4 на рис. 18.14, в), и по мере их удаления из р-области нарастает напряженность поля на а+ — р-переходе и в прилегающей хвт к нему области. Как только эта напряженность поля достигает значения, достаточного для лавинного размножения носителей, начинается возбуждение нормального пролетного колебания, нарастание которого (участок 4 —,Г! приводит к следующему всплеску напряженности, порождающему волну ионнзации. Устанавливается периодическое аномальное колебание.
В режиме аномальных колебаний от ГЛПД можно получить весьма значительные мощности(до сотен ватт в импульсном режиме). Однако очевидно, что рабочие частоты у таких генераторов ниже, чем при обычном пролетном режиме. Шумовые характеристики таких ГЛПД также Песколько хуже, чем в нормальном режиме, ГЛ А В А 19. ГЕНЕРАТОРЫ СВЧ КОЛЕБАНИЙ НА ПРИБОРАХ С МЕЖДОЛИННЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ ПЕРЕХОДОМ (ГЕНЕРАТОРЫ ГАННА) 1ФЛ. ПРИМЕНЕНИЕ ДИОДОВ ГАННА Работа автогенераторов н усилителей СВЧ иа полулроводниковых приборах с междолинным электронным переходом (13, 151 основана на физическом явлении, называемом эффектом Ганна, а созданные иа его основе источники СВЧ колебаний — генераторами на диодах Ганна (ГДГ).
Конструктивно диод Ганна (ДГ) представляет собой тонкую пластинку однородного полупроводника размером примерно ' 100 х 100 мкм с нанесенными на нее с двух сторайааай слой рон омическими контактами (рис. 19.!). Основным палуарайайлиаа материалом для ДГ является арсенид галлия «амай Акай (баАз), в котором донорнат1 примесь с концентра+ цией йа =!О" ...!Огасм ' придает проводимости с электронный характер. Используется также фосфид индия (1пр) п-типа. ГДГ применяются чаще всего как автогенераторы сантиметровых и миллиметровых волн не- ство диода Ганна . большой мощности (10 ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
