Генерація нвч-коливань в діодах

• Як будь-який генератор НВЧ - діапазону, генератор Ганна характеризується потужністю, що генерується, довжиною хвилі, або частотою коливань, що генеруються, коефіцієнтом корисної дії, рівнем шумів та іншими параметрами. Вихідна безперервна потужність генераторів Ганна в прольотному режимі звичайно становить десятки - сотні міліват, а при імпульсній роботі досягає сотень ват.

• Робоча частота в прольотному режимі обернено пропорційна довжині або товщині високоомної частини кристала (f = υ/l). Зв'язок між потужністю, що генерується і частотою можна представити у вигляді:

P_вих = U²/z = E²l²/z = E²υ²/zf² ~ 1/f²

• Потужність НВЧ - коливань, що генеруються, залежить від повного опору z або від площі робочої частини високоомного шару напівпровідника. Наведене співвідношення вказує на те, що очікувана зміна потужності з частотою пропорційна 1/f². Верхня межа робочої частоти діодів Ганна становить сотні гігагерць (рис.).

Типова залежність генерованої діодом Ганна потужності від прикладеної напруги і температури

Генератори Ганна з GaAs можуть генерувати НВЧ - коливання від 1 до 50 ГГц. Дещо більші частоти отримані на генераторах Ганна з InP у зв'язку з більшими значеннями максимальних швидкостей електронів, але якість приладів із цього матеріалу значно нижча через недостатнє відпрацювання технології виготовлення матеріалу. Перевага InP перед GaAs - більше значення порогової напруженості електричного поля (10,5 і 3,2 кВ/см відповідно). Це повинно дозволити створити генератор Ганна з більшою вихідною потужністю. Для створення більших частот коливань, що генеруються представляють інтерес потрійні сполуки GaInSb, оскільки в них великі дрейфові швидкості електронів. Ефект Ганна спостерігається, крім GaAs і InP, в електронних напівпровідниках CdTe, ZnS, InSb, InAs та ін., а також в Ge з дірковою провідністю.

Недоліки та переваги генераторів ганна

• Коефіцієнт корисної дії генераторів Ганна може бути різним (від 1 до 30%), оскільки технології виготовлення приладів і якість вихідного напівпровідникового матеріалу істотно розрізняються. У зв'язку з можливою наявністю в кристалі генератора Ганна декількох неоднорідностей зародження домену може відбуватися в різні моменти часу на різній відстані від анода. Тому частота коливань буде змінюватися, тобто можуть виникати частотні шуми. Крім частотних шумів в генераторах Ганна існують амплітудні шуми, основною причиною появи яких є флуктуації у швидкостях руху електронів. Зазвичай амплітудні шуми в генераторах Ганна малі, оскільки дрейфова швидкість в сильних електричних полях, що існують в цих приладах, насичена і слабко змінюється при зміні електричного поля.

• Важливим для практичного застосування генераторів Ганна є питання про можливість їх частотної перебудови у досить широкому діапазоні. З принципу дії генератора Ганна ясно, що частота його повинна слабо залежати від прикладеної напруги. Зі збільшенням прикладеної напруги трохи зростає товщина домену, а швидкість його руху змінюється незначно. В результаті при зміні напруги від порогової до пробивної частота коливань збільшується всього на десяті доля відсотка.

• Термін служби генераторів Ганна відносно малий, що пов'язано з одночасним впливом на кристал напівпровідника таких факторів, як сильне електричне поле і перегрів кристала через виділення в ньому потужності.