7.2.4 Основные параметры глпд и область применения.

На рис.7.32 и 7.33 представлены выходная мощность и к.п.д. ГЛПД, работающих в IMPATT и TRAPATT режимах. Видно, что генераторы в TRAPATT режиме работают на частотах не более 20 ГГц и могут создавать мощности 100 Вт с к.п.д. достигающим 45%. Генераторы, работающие в IMPATT режиме более, более высокочастотны (рабочие частоты до 300ГГц). Однако выходные мощности и к.п.д. значительно хуже, чем в TRAPATT режиме. В мм-диапазоне выходные мощности и к. п. д. значительно лучше, чем у генераторов, созданных на основе диодов Ганна и полевых транзисторов. На частотах около 30 ГГц выходные мощности могут достигать 10 Вт при к.п.д. до 20%. На частотах 94 ГГц 100 мВт при к.п.д. до 10%. Поэтому в настоящее время их широко используют в качестве маломощных передатчиков мм-диапазона спутниковой, радиорелейной связи, а также радиолокации. Основной недостаток ГЛПД – высокий уровень шумов за счет лавинного пробоя преодолевается использованием их в качестве синхронизированных генераторов. Теоретически и экспериментально показано, что ГЛПД, изготовленные на основе таких материалов, как арсенид галлия и фосфида индия , обладают значительно меньшими шумами, чем кремниевые ГЛПД. Поэтому при создании малошумящих передатчиков обычно используют и ЛПД. Для повышения выходной мощности и к.п.д. часто используют диоды с двумя дрейфовыми областями (см. рис.7.34). Преимущества диодов с двумя дрейфовыми областями обусловлены тем, что в этих диодах электроны и дырки, генерируемые в лавине, пролетая соответствующие дрейфовые области, совершают работу против сил высокочастотного электрического поля. В диодах с одной дрейфовой областью используется лишь один тип носителей.

Р ис.7.32. Характеристики современных ЛПД. Рядом е экспериментальными точками указаны значения к. п. д. в процентах . SD - одна область дрейфа; DD- две области дрейфа.

Рис. 7.34. Выходная мощность (а) и к. п. д. (б) для Si-ЛПД с одной (SD) и двумя (DD) областями дрейфа при 50 ГГц. Значения к. п. д. приведены для четырех диодов каждого типа.

7.3 Диод Ганна.

Приборы на диодах Ганна являются в настоящее время одними из наиболее распространенных полупроводниковых генераторов СВЧ малой мощности. Они работают в диапазоне рабочих частот от 1 ГГц до более 100 ГГц, обеспечивая мощность генерации в непрерывном режиме до нескольких ватт и КПД до 10 %. Генераторы имеют широкую полосу перестройки, малые шумы, высокую скорость включения в импульсном режиме, ожидаемый срок службы порядка 10 лет. Их отличают простота конструкции и низкая стоимость.

В основе работы этих приборов лежит эффект Ганна, открытый Дж. Ганном в 1963 г. Исследуя высокочастотные шумы в однородных образцах из арсенида галлия GaAs и фосфида индия InP, он наблюдал самопроизвольные периодические колебания тока i, возникающие при напряжениях на полупроводнике U₀, больших порогового значения U_t (рис.7.35). Период колебаний равнялся

Рис. 7.35

времени движения электронов в образце , где L – длина образца; – дрейфовая скорость электронов. В экспериментах Ганна см, см/с, что соответствует частоте колебаний Гц. Кремер (1964 г.) показал, что наблюдавшиеся Ганном колебания тока объясняются описанным Ридли, Уоткинсом, Хилсумом механизмом возникновения объемного отрицательного дифференциального сопротивления. Эффект получил название эффекта Ганна, а диоды, принцип действия которых основан на этом эффекте, называются диодами Ганна.