Файл: Балябин А.Н. Твердотельные приборы СВЧ учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.07.2024
Просмотров: 97
Скачиваний: 0
70 -
ная картина поля в диоде,соответствующая некоторому мо менту времени после начала движения области лавинного умножения.На рисунке выделены следующие участки:
Х3 ^ |
X éX y |
“ область лавинного умножения.Здесь |
|
напряженность электрического поля |
Е > В Пр обеспечива |
||
ет поддержание процесса лавинного умножения; |
|||
Х2 < |
X 4: |
- - участок редкого |
падения напряжен |
ности поля под действием пространственного заряда носи телей, генерируемых в области лавинного умножения.Вели
чина |
поля |
|
4 ВПрдостаточна для'обеспечения носи |
|
телям |
заряда |
насыщения скорости - 2/^ас |
* |
|
О^Х 4 |
X, |
~ участок,заполненный |
электронно-ды |
|
рочной плазмой.находящейся в чрезвычайно слабом поле £„•
Движение носителей происходит со скоростями 2£ =/J/£^
<< Vmct определяеыьшй их подвижностью.
Справа от области лавинного умножения на участке
Xtf^X&L подвижные носители заряда отсутствуют, та к
как скорость движения области лавинного умножения 1%
значительно превосходит насыщенную скорость носителей
1Хае в стой области и здесь имеет место только ток сме
щения.ОЛУ быстро проходит через диод и исчезает у пере-
хода р - р , оставляя диод заполненным плазмой,захва ченной в слабом поле EQ .Таким образом,к концу первой
части периода через диод протекает большой ток прово димости при очень низком напряжении-на диоде.
В т о р а я ч а с т ь - |
экстракция плазмы и вос- |
|
. становление |
сопротивления даода. |
|
о' |
|
|
В начальной стадии этой че/Ьти периода обедненная |
||
область р |
диода' заполнена |
электрически нейтральной |
|
71 - |
|
электронно-дырочной плазмой; |
при этом' |
|
|
а л |
Ч - А |
где |
/О >Лй- плотности дырок и электронов в плазме; |
|
, ' |
Л^у-.концентрация |
акцепторов в р -области. |
Предположим, что ток во внешней цепи в течение восста-. новотельной части периода остается постоянным,как было .
показано на рис.45,а ,тогда ток в плазме, может быть определен из выражения
З-Восст ~ 4P*- (Ро * ,
где p j - подвижность носителей,одинаковая для ды рок и электронов;
Ео<<Етс.
Так как носители зарядов в диоде не генерируются,то
вследствие движения дарок вправо, а электронов влево
О
у • П+- р -перехода увеличивается пространственный заряд
электронов, а у р - р * - перехода -пространственный за
ряд дырок. Поэтому напряженномг> электрического поля в* этих местах возрастает { си.ряс.ч-8).
Рис.4P.і аспэедедение поля в ЛИД,заполненном электроннодырочной плазмой.
'• .. 7 Ѵ - ' У 2 . -7 уJ.--*- ■:■.уггѵ
На этой рисунке ток в области, плазмы (участок A B j-явіія-
* • . |
* |
і; ; |
ется током, проводимости,тогда как на |
|
концевых участках |
A h ' и б ^ .г д е доле воэрасгает,протёкаюі и токи перено
са, а токи смещения." |
- |
с; |
Минимальное время для восстановления диода опреде |
||
ляется интервалом, пока поле; у левого края достигнет |
||
значения £ п р ; в-этот же момент последние подвижные но |
||
сители покидают диод. |
• |
7 ■ |
Скорость, с которой растут обедаенные участки,равна |
||
скорости электронов и дырок |
в плазме 2дА .Минимальное |
|
время восстановления можно разделить на две частйівре-
*»мя , в |
течение которого обедненные.участки растут со ско |
ростью |
ТГЯ А ■, пока они не сомкцутея в 6ередине,-и время, |
за которое оставшиеся носители покидает диод со скоро- .
с®ью Ѵ м а с \ |
J. |
і у У |
V I ' ; |
|
- |
^ |
Ц~ fa* ? |
] |
. |
В работе [8] показано,что величина тока для обеепе- |
||
. чения минимального времени восстановлений'должна нахо^'
■ |
даться в пределах |
... . |
/ |
.• |
-• |
. |
.. г д а : CL-> емкоотъ. абедеешрго |
слояѵдаада.у-у |
' |
||
Как только плавма ;Подаость]о‘устршяЕТся- Из обедаенноГо ;.:
слоя,диод переходит'- в . состояние -с высокимнапряжением:'
и очень малым..токрм' Прово'дамости {.обратный-тон-;насуде- л
НИЯ ) .
?.;3 'S ■■®Т- Ь я . ч а . е т *ву'г*^статическое состояние ' °
■ даода с высокимнапряжением нулевымдтокЬм .проводимо сти, в котором диод находится .до появления следующего
- 73 -
импульса тока во внешней цепи (моментг^на рис.45 ) .
Частота колебаний,генерируемых в TRAPATi-
режиме
Упрощенная модель TRAPATT —колебаний,рассмотрен ная выше, не учитывает взаимодействия диода с внешней резонансной цепью и не позволяет определить частоту этих колебаний, так как неизвестно, от чего зависит длительность третьей части периода.Для выяснения-рас смотрим распространенную., схему TRAPATT -генератора, изображенную на рис. 49 . Внешняя резонансная цепь
-Ucm
Рис.49. Схема генератора ддя работы ЛІ1Д
вГЕРАТУ-режиме.
генератора состоит из коаксиальной линии с зоз,душным заполнением. На одном конце линии размещены диод и воз ле него металлический диск,образующий некоторую сосредо точенную' емкость С' -На расстоянии / о т диода распола гается несколько настроечных диэлектрических шайб.Две первые образу’ют низкочастотный фильтр, входная проводи мость которого в плоскости ДА равна нулю для всех гар моник TRAPATT -колебаний, кроме основной.Последующие шайбы-образуют трансформатор полных.сопротивлений,обес
74 -
печивающий согласование нагрузки с диодом” для получения максимальной мощности на основной частоте T R A PATT -ко лебаний. 7.
Для выяснения роли высших гармоник T R/\PA J J -коле
баний рассмотрим упрощенную эквивалентную схему генера тора (рис.50j, в которой низкочастотный фильтр заменен коротким;замыканием в плоскости АА ,что совершенно спра
ведливо для высших гармоник.Последовательная индуктив ность L k и параллельная емкость ^.представляют индук
тивность Зыводов и суммарную емкость обедненного слоя
L |
А |
А
Рис.50. Упрощенная эквивалентная схема генератора.
диода и сосредоточенную емкость в- месте его установки. Зависимость напряженности поля в диоде от.времени
покаэанана рис.51 •- Момент - времени ^ ^ соответствует возникновению в диоде состояния захваченной плазмы, . сопровождающемуся ( в течение/0К1«с]резким падением напря
женности>алектрического поля до .значения, блиэкого к нулю.’ Импульс отрицательного•:падения, напряжения^ с очень., крутым фронтом распространяется^вдоль линии к -короткозамкнутому концу-со скоростью света Так как :линия короткозамкнута. то коэффициент отражения по напряжению в плоскости ДД / Ъ - і г В..результате чего к .диоду будет распространять-
-т 75 -
ся положительный импульс напряжения с амплитудой При достижении импульсом диода напряжение на нем дости
гает значения,, примерно равного |
удвоенному напряжению |
А |
А |
Рис.51. Ток через диод и. напряженность поля в диоде, соответствующие T R A P P T - колебаниям. ,
пробоя, в результате снова возникает движущаяся область лавинного-умножения и состояние захваченной плазмы. , Таким образом, период- TRAPATT ~ колебаний будет определяться длиной линии ' { , величина которой должна
равняться половине длины'волны - TRAPKTT -колебаний:
• / |
1 |
А |
|
• |
2 , |
|
|
' где С - скорость света. |
• . |
|
|
Двухпролетные |
ТМРАТТ -диоды |
’ |
|
Двухпролетные ( ДП) ТМРАТТ- диоды - этоновый тип ЛПД с двумяпролетными" пространствами,в одном из кото рых носителями заряда являются дырки, а в другом-злек-
ТрОНЫ— ' |
• |
... |
76 -
ДП-диоды имеют струтуру типа р +- р - п - п { см.рис.36, а]. Наличие двух пролетных пространств увеличивает ширину области объемного заряда, следовательно, уменьшает ем кость, приходящуюся на единицу площади перехода.Таким образом, при одинаковой емкости площадь перехода у ДПДиода будет примерно в два раза больше.чем у обычных ЛПД. сто означает, что при одинаковых рабочих частотах ДП-диод имеет больший рабочий объем и способен отда вать большую мощность по сравнению с однопролетным ЛПД.
На рис.52 приведено схематическое изображение рас пределения примесей в двухпролетном диоде,предназначен ном для работы на частоте 50 ГГц. Как видно из рисунка, структура диода симметрична.
Рис.52. Распределение концентрации при меси в дзухпоолетном .диоде.
д Для симметрично го дБ-диоца величины рабочего на пряжения и тока могут быть приближенно в два, а выход
ная мощность - в четыре раза больше, чем у-обычного ЛПД на эту же частоту..Кроме того, доля рабочего напря жения, приходящаяся на слой умножения в 'П-диодах, з ;о-
