7.3. Параметры и характеристики генераторов и усилителей на лпд в пролетном режиме

На ЛПД можно создавать как генераторы, так и усилители СВЧ. В обоих случаях ЛПД включен в колебательную систему, и усиление или генерация СВЧ колебаний объясняется отрицатель­ным сопротивлением ЛПД. Модуль этого сопротивления зависит от тока ЛПД, и поэтому в генераторах на ЛПД при заданном со­противлении потерь существует минимальный пусковой ток, с ко­торого начинается генерация. При токах, меньших пускового, обес­печивается только усиление.

Простейшая схема ГЛПД показана на Рис. 7.5; УЛПД – на Рис. 7.6.

Схема ГЛПД содержит коаксиальный резонатор 1, перестраива­емый с помощью поршня 2, и ЛПД, помещенный между централь­ным проводником резонатора и его торцом. Схема УЛПД пред­ставляет собой регенеративный усилитель отражательного типа. Источник сигнала и нагрузка включены в два плеча волноводного циркулятора. К третьему плечу присоединена колебательная сис­тема с ЛПД. Усиление сигнала происходит в результате его взаи­модействия с колебательной системой, имеющей отрицательную добротность.

Выходная мощность и электронный КПД ГЛПД

Примем упрощение, что напряжение на ЛПД синусоидаль­ное, импульсы лавинного тока короткие, а угол пролёта в слое дрейфа равен оптимальному. Если I₀ – среднее значение наведенного тока, то амплитуда его первой гармоники в ряде Фурье равна

(7.45)

Мощность СВЧ колебаний в слое дрейфа

(7.46)

Тогда для электронного КПД получим оценку

(7.47)

что весьма близко к лучшим экспериментальным результатам, по­лученным для ЛПД из арсенида галлия. Обычно в непрерывном режиме электронный КПД ГЛПД составляет примерно 20%, при мощности генерируемых колебаний (в сантиметровом диапазоне) – 3-5 Вт. В импульсном режиме получены мощности до 50 Вт при КПД 10%.

ЛПД нашли применение в усилителях промежуточных кас­кадов. Во входных каскадах их стараются не применять вслед­ствие высокого уровня шума (20-30 Дб). Высокий уровень шума позволяет использовать ЛПД в генераторах шума. Эти генерато­ры просты, имеют большую плотность шума и выгодно отличают­ся от электровакуумных генераторов шума.

В заключение следует отметить существование аномально­го режима работы ЛПД-режима с захваченной плазмой (TRAPPAT).

В режиме TRAPPAT в электронно-дырочном переходе со­здаются условия, когда фронт лавинного умножения движется со скоростью, в несколько раз превышающей скорость насыщения. В результате этого в переходе очень быстро образуется электронно-дырочная плазма, снижающая напряжение на переходе. Скорость носителей уменьшается, а время пролета увеличивается (захва­ченная плазма). Последнее приводит к снижению частоты генера­ции в несколько раз по сравнению с пролетным режимом работы ЛПД (IMPAT), однако, достоинством режима TRAPPAT является снижение потребляемой мощности вследствие уменьшения напряже­ния на диоде.

КПД в этих приборах достигает 50%, а выходная мощность в непрерывном режиме (сантиметровый диапазон) увеличивается до 10 Вт, в импульсном режиме – до 150 Вт.