Labs / me_1203_5_3

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра МВЭ

отчет по лабораторной работе № 3 по дисциплине «Микроволновая электроника» Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА НА ЛАВИННО-ПРОЛЕТНОМ ДИОДЕ»

Студенты гр. 300 ____________________ ____________________ ____________________ Van Darkholm Billy Herrington Mr. Arghwoth ____________________ Steve Rambo Преподаватель ____________________ Репин В.А.

Санкт-Петербург 2024

ЦЕЛЬ: исследование выходных характеристик генератора СВЧ с механической перестройкой частоты, выполненного на лавинно-пролетном диоде сантиметрового диапазона.

ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве объекта исследований используется лавинно-пролетный диод АА707 (различные модификации), на основе которого выполнен СВЧ-генератор.

Лавинно-пролетный диод – диод, основанный на лавинном умножении носителей заряда. Лавинно-пролётные диоды применяются в основном для генерации колебаний в диапазоне СВЧ. Процессы, происходящие в полупроводниковой структуре диода, ведут к тому, что активная составляющая комплексного сопротивления на малом переменном сигнале в определённом диапазоне частот отрицательна.

СХЕМА УСТАНОВКИ

В состав измерительной схемы (рис. 1) входят: волноводный генератор 2, настроечный плунжер 1, измерительная линия 3, регулируемая неоднородность 4 (штырь в волноводе), регулируемый аттенюатор 5, цифровой частотомер 6 и измеритель мощности 7. Такая схема обеспечивает получение основных характеристик генератора. Измерительная линия 3 позволяет исследовать отражение от нагрузки и явление затягивания частоты. Н еоднородность 4 служит для изменения величины отражений от нагрузки.

Рисунок 1 – Схема измерительной установки

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Зависимость частоты генерации диода от длины пролетной области представлена на рисунке 1.

f₀, ГГц

l_d, мкм

Рисунок 1 – Теоретическая зависимость частоты генерации диода от длины пролетной области

2. Экспериментальная обратная ветвь ВАХ диода представлена на рисунке 2. Для наглядности график обратной ветви строится в III четверти координатной плоскости.

U, В

Рисунок 2 – Обратная ветвь ВАХ лавинно-пролетного диода

3. Зависимости выходной мощности от обратного тока через диод при положениях настроечного плунжера l₁ = 20 мм и l₂ = 45 мм представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 – Исследование электрической перестройки генератора

4. Зависимости выходной мощности от положения настроечного плунжера при фиксированном обратном токе через диод I₁ = 29 мА и I₂ = 39 мА представлены на рисунке 4.

I₁ = 29 мА

Рисунок 4 – Исследование механической перестройки генератора

5. Расчет длины волны в волноводе

Длину волны СВЧ можно определить из выражения длины волны в резонаторе

(1)

где – критическая длина волны,

Длина волны в резонаторе может быть найдена как удвоенное расстояние между пучностями стоячей волны, при этом для разных значений тока и положения плунжера эта длина не меняется

Значит

Тогда длина волны в неограниченном пространстве находится из уравнения (1)

6. Зависимость мощности от положения неоднородности в волноводе представлена на рисунке 5.

Рисунок 4 – Зависимость мощности от положения неоднородности

7. Длину активной части диода, при которой генерируется измеренное СВЧ можно найти как

(2)

где – скорость насыщения носителей в п/п, ;

Для найденной длины волны

8. Расчет предельного КПД производился исходя из соотношения

(3)

где P_max – максимальная мощность генерации;

U_пр – пробивное напряжение структуры, напряжение лавинного пробоя.

Максимальная мощность генерации, полученная при выполнении работы 31.9 мВт, напряжение лавинного пробоя находится по обратной ветви ВАХ и составляет 51 В, тогда

ВЫВОД: в результате исследования мы изучили генератор СВЧ-колебаний на лавинно-пролетном диоде и освоили методы его перестройки, а также изучили зависимость его параметров от коэффициента стоячей волны (КСВ) в линии передачи, который изменялся положением неоднородности.

Лавинно-пролетный диод, также известный как диод Рида, представляет собой структуру типа p⁺-n-i-n⁺. Его работа основана на механизме лавинной генерации носителей заряда в области p-n перехода под действием сильного электрического поля, что вызывает ударную ионизацию атомов полупроводника.