Файл: Балябин А.Н. Твердотельные приборы СВЧ учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.07.2024
Просмотров: 91
Скачиваний: 0
- 104 -
Стабильное усиление в рассматриваемых усилителях может быть обеспечено в двух режимах.При использовании ДЭП, для которых произведение flL<2 ' іОігсм‘г.устойчи вая отрицательная проводимость имеет место только в том случае, когда напряжение смещения очень незначи тельно (единицы процентов) превышает пороговое значе ние. Интервал отклонения напряжения смещения от Unop
стремится в нулю при увеличении ПІ. до 2 -10^* -а .Такие усилители характеризуются очень малой выходной мощно стью а узкой полосой пропускания вблизи пролетной час тоты .диода.
• Другой режим усиления, более -эффективный, может быть обеспечен в усилителях, когда для используемых в аих ДВП величина произведения концентрации легирующей примеси на длину находится в пределах 1- 2 -1 0 см'2 , а величина постоянного напряжения смещения обычно в 2 -4
раза превышает пороговое напряжение. В таком режиме устойчивая отрицательная проводимость ДОП может быть обеспечена в очень широком диапазоне частот £17].
На рис. 68 изображена вольтамперная характеристика
- 105 - |
|
ДЭП с n L *>1 ,5 • 10 4г-смг . ыа которой |
отмечены области |
устойчивого усиления,соответствующие |
обоим режимам. |
Основные параметры однокаскадных усилителей,работающих
при напряжениях смещения, в несколько раз |
превышающих • ’ |
|
пороговое напряжение,приведены в табл .4 . |
|
|
Усилители с бегущей волной объемного |
варяда |
_ . |
Усилители бегущей волны обеспечивают однонаправлен ное усиление без применения циркуляторов или ферритовых вентилей. Принцип действия их основан на том, что если в ДОП, находящемся в устойчивом состоянии с ОДП, какимлибо образом изменять плотность объемного заряда у като да, то в диоде возникает -экспоненциально нарастающая волна пространственного заряда, распространяющаяся в сторону анода (ри с .69).
Рис.бЭ-. Волна пространственного заряда в МЭП-приборе.
Принципиальная схема усилителя бегущей волны изоб ражена на рис.70 .. Усилитель состоит из трех областей: в области 1 »являющейся входнш элементом свя8и,колеба-
105
. Таблица <!
а |
£ |
|
|
||
3 |
g |
|
3 |
|
|
cu |
CO |
|
.E-* |
32 |
|
CO |
s |
|
s |
e£ |
|
<D |
||
cu |
CL |
|
H. |
0) |
|
о |
О |
|
о |
<u |
|
e |
||
5 |
||
o> |
||
0) |
к |
|
a |
||
H |
||
s |
Э5 |
|
ti |
||
s |
О |
|
о |
2м |
|
>> |
OQ |
|
X |
2 |
|
a, |
||
2J |
a> |
|
32 |
CL |
|
rf |
r~* |
|
CÖ |
aS |
|
Js; |
X |
|
о |
cq |
|
Ш |
||
ts |
s |
|
о |
||
& |
Ш |
|
X |
||
d |
||
23 |
0) |
|
4 |
||
CL |
X |
|
H |
s |
|
GJ |
£H . |
|
s |
O |
|
2 |
a. |
|
Сц |
x |
|
CO |
о |
|
i— ; |
о |
a>r
—>сCC ЕГ CDS ~ c- ГЦX >>
0J <1)О S 4 0 о s Ң C.Ü о PC >>x
•s
•
|
X |
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
SQ) M |
|
||
|
0,64 « |
|
||
|
C XCQ |
|
||
|
|
CL' |
|
|
п: •о а о; |
64 |
|||
(В Ь J S |
||||
K o s |
i m |
|||
СГО'С'Ш ' |
||||
О E > y < 4 |
|
|||
Й |
- ® |
S |
|
|
Л |
О |
О |
О |
' |
ШЕХ>) |
|
£« |
о |
о*ч |
о |
со |
г~со |
со |
00 |
со |
СО |
ю |
ю |
С\Г |
N |
N |
|
|
|
|
1 |
|
ю |
|
I |
|
<о |
to |
|
|
LO |
||
|
O' |
о |
о |
|
|
I |
шJQ S |
(D «■» |
1 |
с:о>s X |
CD сѵ с о ■ СО |
|
s Я |
Д * К |
|
|
S XC-Ü |
|
SCU’Ö 'C U
ох > ^ » = г
X03 О S
( С В О И
г з га и > » .
|
z S |
|
|
£ |
о |
О |
1 |
|
|
|
о |
оOl |
N |
- |
1 |
|
|
О *К |
|
|
||||||
X C Q |
|
с о |
т~~* |
<о |
! |
|
||
ш й |
р |
1 |
|
1 |
. |
I |
||
о |
X |
L~ |
ю |
ю |
о |
° |
|
|
О |
И |
* |
|
I |
|
|||
с |
; о * |
с _ |
** |
сѵ |
•» |
|
||
О |
Qu |
|
|
|
о о |
! |
|
|
с |
> » |
|
|
|
|
|
! |
|
*
- 107 - ■гия СЗЧ, подводимые к усилителю, возбуждают в ДЭП коле
бания плотности объемного заряда; область 2 представ ляет собой среду с ОДД^где происхода усиление распро страняющейся волны пространственного заряда; область 3- выходное устройство связи, в котором усиленная Еолна возбуждает СВЧ-колебания в выходной линии.
в
обмI обп. 2
входСВЧI МЭЛ-диод ВыходСВЧ
Рис.70. Принципиальная схема усилителя бегущей волны.
В усилителях с бегущей волной с целью увеличения усиления обычно используются ДЭП,длина которых L равна нескольким длинам волн пространственного заряда б полупроводникё. Однако с увеличением размера L увеличивает ся параметр ПІ~ и облегчаются условия формирования до менов. Образование доменов в усилителе недопустимо,тал как ограничивает нарастание сигнала и может привести к самовозбуждению усилителя на пролетной частоте.
Для обеспечения устойчивого усиления наружная по верхность полупроводника в ДЭП покрывается пленкой ди- • электрика с очень высокой диэлектрической проницаемостью
(такого как титанат бария ВоѴ 03 , имеющего £■=. 12000 ) . Применение пленки диэлектрика.предотвращает возможность
'108 -
формирования доменов и самовозбуждения усилителя £14] . Рассмотрим примеры практического осуществления СВЧ-
усилителей с бегущей волной пространственного заряда. На рис.71 изображена схема импульсного усилителя
Рис. 71- |
Принципиальні |
|
схема |
импульсного |
|
усилителя бегущей |
|
|
волны. |
Вх£ЬЧП & Ъ о * |
1 ВЫХ.СВЧ |
|
||
|
L |
|
на ДЭП Hs П-GaAi.. ДЭП, длина которого L=300 мкм, с по |
||
мощью омических контактов и разделительных |
емкостей |
включен в несимметричную-полосковую линию с волновым сопротивлением 50 Ом. Боковая поверхность полупроводни ковой пластинки покрыта пленкой титаната бария для обес печения устойчивого усиления. Рабочее напряжение (260BJ,
подводимое через дроссели Лр к омическим контактам, обеспечивает в полупроводнике состояние ОЦП.
Максимальная выходная мощность 100 мВт.Частотная
характеристика усилителя |
приведена |
на ри с.72. Максималь |
ное значение коэффициента усиления составляет 30 дБ при |
||
оптимальном сопротивлении |
нагрузки; |
при согласованной |
нагрузке (50 Ом) усиление составляет |
около 15 дБ. Рабо |
|
чая полоса частот 1-4 ГГц. Величина потерь в обратном |
||
направлении во всей полосе частот больше 20 дБ. |
||
Усилитель с бегущей волной трехсантиметрового диа- |
||
пазона, предназначенный для работы в |
непрерывном режиме, |
|
изображен на ри с.73 . Усилитель |
имеет |
планарную конструк |
цию, обеспечивающую достаточно |
хороший теплоотвод. |
- 109
Рис.72. Частотная характеристика МЭП-усилитедя: 1-оптимальная нагрузка; 2-нагрузка 50 0ы.
Рабочее напряжение 50 В, предполагаемое усиление 20 дБ
при выходной мощности несколько милливатт.
* |
и. |
|
■f1 |
||
|
|
||||
вх.евч |
) |
3/ 0 р. |
Г" |
а ш ,с т |
|
■» |
|||||
№ |
|||||
■I Iл |
|
^-'4/3'.. 1.. |
|||
|
т/ш і ssssш т ш ^т т т яш я |
|
я -
GQ As
/////////ТТЛ77777777777777,77777777777 too MKM
Рис. 73. Усилитель с бегущей'волной плашрной конструкции.
В заключение необходимо отметить важңую особенность
усилителей с бегущей волной пространственного заряд§.
- по -
Так как в этих усилителях передача сигнала от входа к выходу происходит со скоростью дрейфа объемного заряда, то величина фазового сдвига сигнала на выходе обратно пропорциональна скорости носителей заряда. Таким обра зом, усилители с бегущей волной пространственного за ряда могут использоваться как линии задержки с электрон ной перестройкой_или фазовращатели с усилением. Регули ровка величины задержки или фазы выходного сигнала дос тигается изменением рабочего напряжения.
3.АВТОГЕНЕРАТОРЫ КОЛЕБАНИЙ СВЧ НА ПРИБОРАХ
аС МЕЖДОЛИННЫМ ПЕРЕНОСОМ ЭЛЕКТРОНОВ
Современные автогенераторы на основе переноса электронов могут генерировать частоты до 100 ГГц и характеризуются [18*] наибольшей выходной мощностью среди твердотельных приборов СВЧ-диапазона ( 6 кВт в да.диапазоне). Важными достоинствами этих генераторов являются также широкий диапазон механической перестрой ки (4-12ГГц) и весьма низкий уровень AM- и 4Mшумов.
Для получения незатухающих колебаний в диапазоне 1-90 ГГц используются МЗП-приборы на основе n - GaAs t
выращенные с помощью эпитаксиальной технологии. Гене раторы конструируются в коаксиальном,волноводном,полос ковом и микрополоскоБом вариантах.
Эквивалентная схема автогенератора с МЭІГ-
прибороы
о
Автогенератор СВЧ-колебаний с междолиыным первеансом схематически изображен на рис. 74 . МЭП-прибор
- in
размещается внутри резонатора - в области,где электри ческое высокочастотное поле имеет максимальную напря женность. При напряжении смещения,превышающем UПОр»в ДЭП возникает отрицательная дифференциальная проводи мость, обеспечивающая при определенных условиях само возбуждение генератора.
|
|
|
Ар |
Резонатор |
|
|
|
P-Jгѵѵуч |
C(f |
/ |
|
Р ис.74- |
Автогенератор с |
I |
|
Вш.СВУ |
|
и |
|
|
|
||
междолинным перено |
|
|
|
||
сом |
электронов. |
d |
C |
# |
~ |
|
|
|
/ . |
нэп-диод |
|
|
|
настроит |
|
|
На рис.75 изображена эквивалентная схема автоге нератора, соответствующая состоянию с ОДП. Полная про водимость Д°П имеет комплексный характер 93^+уД/ при чем в широком диапазоне частбт активная составляющая
Ом
|
|
_ Л |
|
Рис.75. Гквивалентная схема |
автогенератора. |
||
проводимость' отрицательна |
(~ Gy ) , |
а реактивная |
имеет |
емкостный характер |
«Резонатор на эквивалентной |
||
схеме представлен комплектной проводимостью |
» |
а связанная с ним внешняя цепь-активной проводимостью (^.Условие самовозбуждения колебаний в схеме имеет вид