Файл: Конспект.doc

Генерація нвч-коливань в діодах

• Як будь-який генератор НВЧ - діапазону, генератор Ганна характеризується потужністю, що генерується, довжиною хвилі, або частотою коливань, що генеруються, коефіцієнтом корисної дії, рівнем шумів та іншими параметрами. Вихідна безперервна потужність генераторів Ганна в прольотному режимі звичайно становить десятки - сотні міліват, а при імпульсній роботі досягає сотень ват.

• Робоча частота в прольотному режимі обернено пропорційна довжині або товщині високоомної частини кристала (f = υ/l). Зв'язок між потужністю, що генерується і частотою можна представити у вигляді:

P_вих = U²/z = E²l²/z = E²υ²/zf² ~ 1/f²

• Потужність НВЧ - коливань, що генеруються, залежить від повного опору z або від площі робочої частини високоомного шару напівпровідника. Наведене співвідношення вказує на те, що очікувана зміна потужності з частотою пропорційна 1/f². Верхня межа робочої частоти діодів Ганна становить сотні гігагерць (рис.).

Недоліки та переваги генераторів ганна

• Коефіцієнт корисної дії генераторів Ганна може бути різним (від 1 до 30%), оскільки технології виготовлення приладів і якість вихідного напівпровідникового матеріалу істотно розрізняються. У зв'язку з можливою наявністю в кристалі генератора Ганна декількох неоднорідностей зародження домену може відбуватися в різні моменти часу на різній відстані від анода. Тому частота коливань буде змінюватися, тобто можуть виникати частотні шуми. Крім частотних шумів в генераторах Ганна існують амплітудні шуми, основною причиною появи яких є флуктуації у швидкостях руху електронів. Зазвичай амплітудні шуми в генераторах Ганна малі, оскільки дрейфова швидкість в сильних електричних полях, що існують в цих приладах, насичена і слабко змінюється при зміні електричного поля.

• Важливим для практичного застосування генераторів Ганна є питання про можливість їх частотної перебудови у досить широкому діапазоні. З принципу дії генератора Ганна ясно, що частота його повинна слабо залежати від прикладеної напруги. Зі збільшенням прикладеної напруги трохи зростає товщина домену, а швидкість його руху змінюється незначно. В результаті при зміні напруги від порогової до пробивної частота коливань збільшується всього на десяті доля відсотка.

• Термін служби генераторів Ганна відносно малий, що пов'язано з одночасним впливом на кристал напівпровідника таких факторів, як сильне електричне поле і перегрів кристала через виділення в ньому потужності.

Оптоелектроніка

• Оптоелектроніка (ОЕ) - це розділ електроніки, що зв'язаний головним чином з вивченням ефектів взаємодії між електромагнітними хвилями оптичного діапазону і електронами речовини (переважно твердих тіл), та охоплює проблеми створення оптоелектронних приладів, у яких ці ефекти використовуються для генерації, передачі, обробки, збереження та відображення інформації.

• Оптоелектроніку характеризують три основні риси.

• 1. Фізичну основу оптоелектроніки складають явища, методи, засоби, для яких принципово сполучення і нерозривність оптичних та електронних процесів. У широкому сенсі оптоелектронний пристрій визначається як прилад, що чутливий до електромагнітного випромінювання у видимій, інфрачервоній (ІЧ) чи ультрафіолетовій (УФ) областях; чи прилад, що випромінює і перетворює некогерентне або когерентне випромінювання у цих же спектральних областях. В оптоелектронних процесах відбуваються перетворення виду Е → L (у випромінювачах) та L → Е (у фотоприймачах), а також L → L (під час розповсюдження випромінювання), де L і Е оптичне і електричне збурення.

• 2. Технічну основу ОЕ-ки визначають конструктивно–технологічні концепції сучасної мікроелектроніки: мініатюризація елементів; переважний розвиток твердотільних площинні конструкцій; інтеграція елементів; інтеграція елементів і функцій; орієнтування на спеціальні надчисті матеріали; використання методів групової обробки виробів, таких як епітаксія, фотолітографія, нанесення тонких плівок, дифузія, іонна імплантація, плазмохімія.

• 3. Функціональне призначення ОЕ-ки полягає у розв’язанні задач інформатики: генерації інформації шляхом перетворення різних зовнішніх впливів у відповідні електричні та оптичні сигнали; переносі інформації; перетворенні інформації за заданим алгоритмом;

• збереженні інформації, включаючи такі процеси, як записування, зчитування, стирання; відображення інформації.

• Для розв’язання цих задач в ОЕ - них пристроях використовують інформаційні сигнали в оптичній та електричній формах, але визначаючими є оптичні сигнали. Часто ОЕ - ний пристрій фактично є оптичним, а електроніка виконує допоміжні "обслуговуючі" функції. В таких випадках "оптоелектроніка - це оптика, що керується електронікою". Відзначимо, що перехід до оптичних систем (з "відсуванням електроніки" на периферію) дає максимальний ефект.

ОЕ - ка синтезує досягнення ряду областей: квантова електроніка, напівпровідникова техніка, оптика, фото електроніка, електрооптика, світлотехніка, нелінійна оптика, голографія, волоконна оптика, ІЧ-техніка.

Переваги ое

• Принципові позитивні якості ОЕ-ки обумовленні специфічними особливостями електромагнітних хвиль оптичного діапазону, відмінними властивостями фотона, як носія інформації, і проявляються у наступних основних моментах.

• Високочастотність. Частота оптичних коливань на 3-5 порядків вища, ніж радіотехнічного діапазону. Це означає, що у стільки ж разів зростає пропускна спроможність оптичного каналу передачі інформації.

• Гостре фокусування. Відповідно до дифракційної теорії потік випромінювання можна сфокусувати до плями з поперечним лінійним розміром близько λ/2; такий же і мінімальний крок дискретності оптичних впливів. Це означає, що максимальна густина запису оптичної інформації може сягати 4/λ², тобто 10⁹- 10¹⁰ біт/см².

• Направленість. Кутова розбіжність проміня, що обмовлена фундаментальними дифракційними границями, α ≈ λ/А, де А - апертура випромінювача. Внаслідок малості λ при значеннях А, що можна практично реалізувати досягається зниження α до рівня десятків чи одиниць кутових секунд.

• Розв'язка. Використання як носіїв інформації електрино нейтральних фотонів обумовлює безконтактність оптичного зв'язку. Звідси витікає ідеальна електрична розв'язка входу і виходу:

• однонаправленність потоку інформації і відсутність зворотної реакції приймача на джерело; перешкодозахищеність оптичних каналів зв'язку; прихованість передачі інформації за оптичним каналом зв'язку.

• Візуалізація. Оптоелектроніка, що охоплює видимий діапазон електромагнітного спектру, дозволяє перетворити інформацію, яка представлена в електричній формі, в зорову, тобто в форму, найбільш зручну для сприйняття людиною.

• Фоточутливість. Ця властивість робить можливим сприйняття образів тобто перетворення поля випромі-нювання в адекватну йому електричну інформаційну дію (звично у відеосигнал). При цьому на відміну від людського ока оптоелектронний прилад може "бачити" предмети у будь-якій необхідній області оптичного спектру.

• Просторова модуляція. Електронейтральність фотонів обумовлює не взаємодію (незмішуванність) окремих оптичних потоків. Внаслідок цього, на відміну від електричного струму, потік фотонів можна промоделювати не тільки в часі, але і у просторі. Це відкриває великі можливості для паралельної обробки інформації - обов'язкова умова створення надпродуктивних обчислювальних систем.