Файл: Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет.pdf

торый на определенных частотах передает мощность актив­ ной нагрузке. При такой нагрузке диод Ганна можно счи­ тать в основном генератором тока, который периодически возбуждает свободные колебания резонансной цепи. Если период колебаний тока диода Ганна и период резонансной цепи одинаковы, то напряжение в цепи (в нагрузке) будет приблизительно синусоидальным с частотой, определяемой временем пролета домена.

8.2.2. Режим с задержкой образования домена

Этот режим [28, 29] характерен для работы диода Ганна в резонансной схеме. Если диод, к которому приложено по­

/і

і

T t

Рис, 8.16. Иллюстрация работы диода Ганна в режиме с задерж­ кой образования домена при U = Un.

высокодобротный резонатор, то в последнем возникнут вы­ сокочастотные колебания /l^sin юг, существенно меняющие условия работы диода (рис. 8.16). Рассматриваемый режим возникает в случае, когда собственная частота резонатора меньше частоты пролетных колебаний-

держкой на время t2. В течение[г2 рабочая точка будет нахо­

с тем, что период большого тока через диод t2 в рассматрива­ емом режиме превосходит время рекомбинации и формиро­ вания домена в пролетном режиме. Необходимыми условия­ ми работы диода в режиме с задержкой являются следую­ щие: время, в течение которого напряжение на диоде оказы­ вается выше порогового, не должно превышать времени дрейфа домена от катода к аноду (в противном случае успеет

Этот режим [28] также возникает в резонансной схеме включения диода. Режим с подавлением домена характерен рассасыванием домена в объеме диода до его рекомбинации на аноде. Такой режим возникает в случае, когда сумма постоянного напряжения и напряжения высокочастотных колебаний то превышает пороговое напряжение Un, то па­ дает ниже сУп', прежде чем домен достигнет анода.

Время, в течение которого домен существует, и форма тока через диод определяются формой колебаний напряже-

ния (рис. 8.17). Тот факт, что домен рассасывается раньше, чем доходит до анода (рис. 8.17, ^ ' « О і времени пролета), означает, что время нахождения домена в образце долж­ но превышать полупериод напряжения в резонаторе. Этим

устанавливается нижний предел рабочей частоты. Диод Ганна в режиме с подавлением домена ведет себя по отно­ шению к внешней цепи как элемент с отрицательным со­ противлением; свойства же его как автономного генератора тока не используются.

В режиме с подавлением домена диод находится в со­ стоянии без домена в течение времени t2, пока напряжение,

перестройки может быть достаточно широким. Верхний ча­ стотный предел режима с подавлением домена определяется

410

из условия: период высокочастотного напряжения должен быть больше, чем время формирования и рассасывания до­ мена.

Следует отметить, что режим с подавлением домена мо­ жет быть обусловлен не только уменьшением суммарного напряжения в. ч. колебаний и постоянного напряжения источника питания напряжения, как уже описано, но и уве­ личением напряжения на диоде. Домен может подавляться раньше, чем достигнет анода не вследствие уменьшения на­ пряжения ниже сУп', а вследствие того, что оно слишком ве­ лико для стационарного движения домена. Как указывалось в п. 8.1.7, при больших избыточных напряжениях на диоде Ганна, в домене возможна ударная ионизация, в результате чего домен оказывается неустойчивым. Когда возрастающий через диод ток достигает пороговой величины, на катоде возникает второй домен. Состояние, при котором в диоде имеются два домена, оказывается неустойчивым при умень­ шении напряжения на диоде, и один из доменов рекомбинирует. Экспериментально установлено, что при этом остает­ ся новый домен [28]. Описанный режим работы наблюдается в диодах с большой длиной L и небольшой шириной вольтамперной характеристики. Мощность, отдаваемая в на­ грузку, и к. п. д. при этом должны быть низкими. Это свя­ зано с большими значениями напряжений, питающих диод, и малой амплитудой высокочастотной составляющей тока через диод. Последний режим используется редко, поэтому под режимом с подавлением домена понимают обычно пер­ вый из описанных.

Иногда пролетный режим, режиме задержкой и режим с

Формирование и дрейф доменов сильного электрического поля —это вторичные явления, связанные с процессами об­ разования отрицательного дифференциального сопротив­ ления полупроводника, обусловленного переходом электро­ нов из энергетических уровней, соответствующих основной подзоне проводимости, на энергетические уровни, соответ­ ствующие боковым подзонам, при определенных условиях.

Если достаточно быстро менять прикладываемое к диоду напряжение, то объемный заряд не будет успевать следо­ вать за изменением напряженности поля, домены сильного поля не будут успевать формироваться и возможно возник­ новение ОДП во всем объеме полупроводника. Однако при этом необходимо, чтобы частота изменения напряжения на диоде не превышала частоту, с которой дрейфовая скорость

Рис. 8.18. Форма тока и напряжения на диоде Ганна в режиме ОНОЗ.

электронов успевает изменяться вслед за изменением напря­ женности поля. Последняя определяется временем междо­ линного перехода электронов (~10~1 2 с). Поэтому ОДП в двухдолинных полупроводниках наблюдается вплоть до коротковолновой части миллиметрового диапазона. В от­ личие от всех режимов колебаний при наличии домена в этом случае частота колебаний будет определяться не длиной диода, а только внешней цепью и отрицательная дифферен­ циальная проводимость будет существовать почти во всем объеме диода.

Рассмотрим условия работы генератора в режиме ОНОЗ (рис. 8.18). Предположим, что на диод подано постоянное

напряжение смещения Е0, превышающее пороговое и пере­

разовываться домен сильного электрического поля. Если частота, на которую настроен резонатор, достаточно велика, то домен, не успев сформироваться, начнет рассасываться, поскольку по истечении времени t" суммарное напряжение на диоде в течение Ґ будет меньше порогового. В течение времени t" ток через диод падает от / п до / п — А/" и уве­ личивается от / п — А/" до / п . В течение времени f анало­ гичный процесс характерен для ветви характеристики при Е < Еп. Таким образом, при изменении напряжения резо­ натора в цепи существуют периодические колебания тока сложной формы. Амплитуда тока А/" зависит от характе­ ристики v(E). При малых напряжениях смещения Е0 и не­ большой амплитуде Ег амплитуда тока через диод будет не­ велика. При больших напряжениях смещения и амплитуде переменного напряжения в резонаторе амплитуда тока стре­ мится к максимальной величине, определяемой минимумом характеристик v(E). Характер изменения тока в течение времени Ґ обусловлен величиной максимального перемен­ ного напряжения, соответствующего этому времени (рис. 8.18). Исходными для возникновения колебаний могут служить энергии гармоник ганновских колебаний более низких частот, возникающих в момент включения, или от­ рицательное сопротивление диода, образующееся при фор­ мировании домена.

Для установления рассматриваемого режима необходи­ мо выполнение следующих условий. Во-первых, домен силь­ ного поля не должен успеть сформироваться за время, в течение которого напряжение на диоде превышает Еа. Для этого период колебаний t' + t" должен быть меньше (2~д>) т д 2 , где т Д 2 — максвелловское время релаксации по­ лупроводника в состоянии с ОДП, т. е.