ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Рис. 4.28 Вольт-амперная характеристика лавинно-пролетного диода
образование лавины требуется некоторое время, то на достаточно высокой частоте импульс тока в по-
лупроводнике отстает на четверть периода от вызвавшего его положительного (ускоряющего) полупе-
риода переменного напряжения. За счет конечного времени пролета носителей заряда в р-п пе-
реходе импульс тока отстает от приложенного напряжения еще на четверть периода. В этом случае бу-
дет наблюдаться эффект отрицательного сопротивления, поскольку образовавшийся «сгусток» свобод-
ных зарядов будет тормозиться изменившим свое направление переменным электрическим полем, от-
давая в цепь резонатора часть энергии. Если потери в резонаторе окажутся достаточно малыми, то воз-
никнут незатухающие колебания, т.е. устройство превратится в генератор. При неполной компенсации
потерь возбужденные в резонаторе колебания, как в усилителе, будут увеличены по амплитуде.
При существенном отклонении от угла π / 2 усиление и генерация невозможны. А это означает, что
эффект отрицательного сопротивления у таких диодов возможен только в некотором (узком) диапазоне
СВЧ.
Диоды Ганна имеют однородную полупроводниковую структуру (без перехода) с невыпрямляю-
щими контактами выводов. Вольт–амперная характеристика диода Ганна, снятая на постоянном токе, в
начальной части подобна характеристике обычного резистора. На СВЧ диод Ганна обладает отрица-
тельным сопротивлением. Появление отрицательного сопротивления на отдельных определенных час-
тотах СВЧ диапазона обусловлено объемными эффектами, возникающими при высокой напряженности
электрического поля в некоторых полупроводниковых материалах (арсенид галлия). Упомянутые эф-
фекты были обнаружены в 1963 г. английским физиком Д. Ганном, установившим, что при приложении
электрического поля, превышающего некоторое критическое значение, к произвольно ориентирован-
ным однородным образцам с двумя омическими контактами во внешней цепи возникают колебания то-
ка. Период колебаний приближенно равнялся времени пролета электронов от катода к аноду, и для ис-
пользованных Ганном образцов частота колебаний лежала в СВЧ диапазоне. Полученные впоследствии
объяснения этому эффекту говорят о том, что колебания в полупроводнике и отрицательное сопротив-
ление диода определяются возбуждением носителей высоким напряжением, которые за счет возбужде-
ния переходят из низколежащей долины зоны проводимости, где их подвижность велика, в обычно не-
заполненную долину, где их подвижность мала.
Главным достоинством диода Ганна является то, что в нем, в отличие от других диодов и транзи-
сторов, работает весь объем, а не узкая область р-п перехода. Благодаря этому на базе диодов Ганна
имеется возможность создания наиболее эффективных и мощных усилителей и генераторов СВЧ на
твердом теле, обеспечивающих выходную мощность до нескольких киловатт в импульсе или несколько
ватт в непрерывном режиме.
P-i-n диоды внутри р-п перехода имеют большой толщины обедненный i-слой (до 0,5 мм). Сопро-
тивление p-i-n диода почти полностью определяется проводимостью i-слоя, которая при обратном
включении носит в основном емкостной характер, а при прямом – чисто активный. Емкость p-i-n
диода вследствие большой толщины i-слоя очень мала и не зависит от приложенного напряжения. Пря-
мое сопротивление так же, как и у обычных диодов, обратно пропорционально прямому току. Большая
толщина слоя позволяет получить высокие пробивные напряжения. P-i-n диоды применяются для ком-
мутации, стабилизации, (регулируемого ослабления, модуляции и ограничения мощности СВЧ сигна-
лов.
Параметрический (варакторный) диод является полупроводниковым прибором, который исполь-
зуется как элемент цепи с переменным реактивным сопротивлением (емкостным). По своей структуре
параметрические диоды разделяются на диоды с р-п переходом и контактами металл – полупроводник
(диоды с барьером Шотки). Наиболее перспективными являются последние. Изменение реактивного
сопротивления обусловлено тем, что емкость р-п перехода или барьерная емкость контакта металл – по-
лупроводник изменяются под воздействием приложенного напряжения. Это позволяет использовать па-
раметрические диоды для модуляции или переключения СВЧ сигналов; генерирования гармоник управ-
ляющего сигнала; усиления СВЧ колебаний; преобразования частоты одного из двух подводимых сиг-
налов. Параметрические диоды используются в режиме обратного смещения. Малый обратный ток па-
раметрического диода в рабочем режиме позволяет получить очень малый коэффициент шума парамет-
рических усилителей на этих диодах.
Транзисторы. В настоящее время разработаны конструкции полевых и биполярных транзисторов,
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 91
- 92
- 93
- 94
- 95
- …
- следующая ›
- последняя »
