ЛАБ Генератор ЛПД

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций

Российской Федерации

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

(МТУСИ)

Факультет "Радио и телевидение"

Кафедра "Радиотехнические системы"

Лабораторная работа №1

По дисциплине "Приборы СВЧ и оптического диапазона":

"Исследование генератора на лавинно-пролетном диоде"

Выполнил:

Студент группы

Проверил:

Цель работы: ознакомление с процессами в лавинно-пролетном диоде (ЛПД), эквивалентной схемой ЛПД и основными характеристиками генератора на лавинно-пролетном диоде (ГЛПД).

Теоретическая часть

Рисунок 1 – а) Простейшая (однопролетная) структура ЛПД в эквивалентной схеме генератора, резонатор и источник постоянного напряжения U₀;

б) Распределение напряженности поля в структуре.

Рисунок 2 – а) Устройство двухпролетного ЛПД; б) Распределение напряженности поля в структуре.

Рисунок 3 – Схема устройства генератора радиально-волновой конструкции

Рисунок 4 – Схема лабораторной установки.

1 – индикаторная лампочка «Сеть»;

3 – индикаторная лампочка включения «ГЛПД»;

7 – регулятор включения «ГЛПД»;

8 – вольтметр;

9 – миллиамперметр;

БП – блок питания;

ЗВВС-100А – вентиль;

МЗ-51 – измеритель мощности;

Ц – циркулятор;

Ч2-37А – резонансный частотомер.

Экспериментальная часть

1. Исследование статической ВАХ ЛПД.

Таблица 1 – ВАХ ЛПД при

-I, мА	0	5	10	15	20	25	30
-U, В	68	72	76	78	80	83	86
ΔU/U	0.265	0.25	0.237	0.231	0.225	0.217	0.209

После снятия ВАХ вернуться к значению I₀ = 0 мА.

Рисунок 5 – Вольт-амперная характеристика ЛПД

Вольтамперная характеристика ЛПД нелинейна и отражает процессы, происходящие в полупроводниковой структуре прибора при лавинном пробое.

2. Исследование зависимости мощности и частоты от длинны резонатора.

Таблица 2. Зависимость мощности первой гармоники от длины резонатора.

P, мкВт	3650	3649	3641	3635	3629	3627	3627	3629	3628
l, мм	1.50	1.75	2.00	2.25	2.50	2.75	3.00	3.25	3.50

P, мкВт	3627	3625	3622	3617	3607	3591
l, мм	3.75	4.00	4.25	4.50	4.75	5.00

Рисунок 6 – Зависимость мощности первой гармоники от длины резонатора

Таблица 3. Зависимость частоты от длины резонатора.

f, МГц	9995,6	9991,3	9982,5	10061,4	10061,4	10057	10052,7	10048,3
l, мм	1,50	1,75	2,00	2,25	2,50	2,75	3,00	3,25

f, МГц	10043,9	10035,1	10030,7	9939,5	9935,2	9930,9	9926,6
l, мм	3,50	3,75	4,00	4,25	4,45	4,75	5,00

Рисунок 7 – Вольт-амперная характеристика ЛПД.

3. Исследование зависимости мощности и частоты от тока.

, ,

Таблица 4. Зависимость мощности от тока.

I, мА	30	27,5	25	22,5	20	17,5	15	12,5
P, мкВт	3642	3638	3626	3600	3076	2082	974	25

Рисунок 8 – зависимость мощности от тока

Таблица 5. Зависимость частоты от тока.

f, МГц	9991,3	9991,3	9986,9	9986,9	9982,5	9982,5	9982,5	9982,5
I, мА	30	27,5	25	22,5	20	17,5	15	12,5

Рисунок 9 – Зависимость частоты от тока

4. Исследование пускового тока от длинны резонатора.

5 мм = 12 мА

21 мм = 20 мА

Вывод: Работа ЛПД основана на явлениях лавинного пробоя обеднённой области диода и последующего дрейфа носителей в полупроводнике со скоростью, близкой к скорости насыщения.

Работа ЛПД начинается с подачи постоянного обратного напряжения. В результате ударной ионизации атомов кристаллической решётки полупроводника электронами, ускоренными внешним электрическим полем, образуются пары подвижных носителей заряда (электронов и дырок) в узкой области пространственного заряда вблизи p–n-перехода (область умножения).

В положительный полупериод сигнала от резонатора происходит увеличение пар электронов и дырок (коэффициентов ионизации), в результате чего начинается пробой и начинает нарастать лавинный ток. Когда лавинный ток достигает своего максимума, возникает импульс наведенного тока, который длится на протяжении всего отрицательного полупериода сигнала резонатора.

По результатам измерений получилось, что с увеличением длинны резонатора мощность первой гармоники начинает уменьшаться.

Для получения максимальной частоты колебаний необходимо подобрать оптимальную длину резонатора (тб. 3 и рис. 4).

Согласно таб. 4 и рис. 8 можно сделать вывод, что с увеличением тока увеличивается и мощность. По достижении определенного значения мощность перестает увеличиваться.