zhovnir

При подачі на контакти діода змінної напруги, такої що протягом позитивного напівперіоду напруга істотно більша, а протягом негативного - істотно менша напруги пробою, струм в шарі множення набуває вигляду коротких імпульсів, максимум яких запізнюється по відношенню до максимуму напруги приблизно на чверть періоду ( лавинне запізнювання). Із шару множення періодично виходять згустки електронів, які рухаються через шар дрейфу протягом негативного напівперіоду, коли процес генерації електронів в шарі множення припиняється. Рухомі згустки наводять у зовнішній ланцюг струм, майже постійний протягом часу прольоту. Таким чином, струм у діоді має вигляд прямокутних імпульсів. Цей режим роботи діода

називається пролітним (IMPATT-діоди). ККД цього режиму не перевищує 0,3.

Якщо амплітуда змінної напруги на діоді досягає значення, приблизно рівного пробивній напрузі, то в лавинній області утворюється настільки щільний об'ємний заряд електронів, що напруженість поля з боку p + - області, знижується практично до нуля, а в області бази підвищується до рівня, достатнього для розвитку процесу ударної іонізації. В результаті цього процесу шар лавинного множення зміщується і формується в області бази на фронті згустку електронів. Таким чином, в області дрейфу утворюється рухома в напрямку n +- області лавина, яка залишає за собою велику кількість електронів і дірок. В області, заповненої цими носіями, напруженість поля знижується майже до нуля. Це стан прийнято називати компенсованою напівпровідниковою плазмою, а режим роботи лавинно-пролітного діода - режимом з захопленою плазмою (TRAPATT-діоди).

У цьому режимі можна виділити три фази. Перша - утворення лавинного ударного фронту, проходження його через діод, залишаючи його заповненим плазмою, захопленою слабким електричним полем. Струм, що протікає через діод в цій фазі, істотно збільшується із-за додаткового розмноження носіїв в базі, а напруга на діоді за рахунок утворення плазми знижується майже до нуля.Друга фаза - період відновлення. База діода в цій фазі наповнена

електронно-діркової плазмою. Дірки з області бази дрейфують до p а електрони - до n +- області зі швидкістю значно меншою, ніж дрейфова швидкість насичення. Плазма поступово

розсмоктується. Струм в цій фазі залишається незмінним. Настає третя фаза, яка характеризується високим значенням напруженості поля в діоді і попередня новому утворенню лавинного ударного фронту. Найбільшу тривалість має саме третя фаза.

Процеси режиму з захопленої плазмою протікають помітно довше, ніж процеси пролітного режиму. Тому при роботі в режимі з захопленої плазмою контур налаштовують на меншу частоту. ККД режиму з захопленої плазмою при цьому помітно вище ККД пролітного режиму і перевищує 0,5.

Існує різновид лавинно-пролітних діодів, які працюють в інжекційно-пролітна режимі

(BARITT-діоди)

39.Пристрої НВЧ з релятивістськими електронними пучками.

До приладів вакуумної електроніки відноситься також підклас релятивістських приладів "О"

і "М" типів, в яких використовуються сільнострумні електронні потоки великих енергій, коли релятивістський g-фактор помітно відрізняється від 1 (релятивістські ЛОВ, магнетрони, а також гіротрони). Релятивістські прилади, які є найпотужнішими імпульсними джерелами СВЧ полів, тим не менш, можуть мати обмеження по струму через гальмуючого електрони негативного потенціалу, що виникає в пучку з-за високої щільності електронного об'ємного заряду. Для зняття токового обмеження в приладах плазмової СВЧ електроніки використовується

компенсація об'ємного заряду електронів пучка іонами плазми, створюваної спеціальними плазмовими джерелами.

Розглянемо електрон, що пролітає зі швидкістю V через деяку просторово-періодичну систему, яка характеризується просторовим періодом L. На електрон діє періодична сила з тимчасовим періодом L/V. Отже, прискорення електрона змінюється періодично з частотою V/ L. Цьому відповідає рух по просторово-періодичної траєкторії. Що рухається по такій траєкторії електрон випромінює. При істотно дорелятівістских швидкостях частота випромінювання дорівнює частоті періодичного руху V/ L. Для макроскопічних просторових періодів L довжина хвилі випромінювання нерелятивістському випадку відповідає

Ситуація істотно змінюється при збільшенні швидкості електрона. Релятивістський ефект Доплера призводить до різкого зменшення довжини хвилі випромінювання в порівнянні з характерними розмірами випромінюючої системи. При швидкості електрона, близької до

швидкості світла (V ≈ с), в силу релятивістського скорочення масштабу маємо

L' = L (1 – V2 / с2) 1 / 2,

при цьому частота періодичної дії на електрон в супутньої електрону системі координат

збільшується до значення g V / L, де релятивістський фактор g = (1 – V2 / с2) -1 / 2.

У лабораторній системі координат зворотне Лоренцеве перетворення призводить до релятивістського доплеровського збільшення частоти випромінювання в напрямку швидкості руху електрона в g (1 + V / с) раз. Для ультрарелятивістських електронів (V » c) 1 + V / с » 2, і в результаті довжина хвилі гальмівного випромінювання в лабораторній системі координат різко скорочується порівняно з просторовим періодом неоднорідності L:

Для оцінки величини g зручна відома релятивістська зв'язок між енергією W = mc2 і масою частинки високої енергії m = gm0, де m0 - маса спокою частинки. У фізиці електронних прискорювачів енергію електрона зазвичай вимірюють у електронвольтах, користуючись співвідношенням

W = eU,

де е - заряд електрона, а U - різниця потенціалів того електростатичного поля, яке необхідне для прискорення електрона до швидкості V. Тоді

Як відомо, енергія спокою електрона m0 c2 становить 511 кеВ. Це означає, що при eU = 50 МеВ релятивістський фактор g дорівнює g »102, так що при макроскопічному параметрі L = 1 см довжина хвилі випромінювання l потрапляє в область видимого світла.

Отже, бажаючи створити лазери на вільних електронах, ми повинні орієнтуватися на істотно

Роль релятивістських ефектів аж ніяк не зводиться тільки до різкого збільшення частоти випромінювання електронів. Очевидно, при релятивістської швидкості електронів автоматично забезпечується синхронізм електронного та світлового пучків. Електронні прискорювачі, генеруючі пучки електронів надвисокої енергії, зазвичай працюють в імпульсному режимі.

40. Фізичні основи взаємодії електромагнітних хвиль НВЧ діапазону з біологічними об’єктами.

Джерела високочастотних випромінювань (від 3 кГц до 300 ГГц). До цієї групи відносяться функціональні передавачі - джерела електромагнітного поля з метою передачі чи отримання інформації. Це комерційні передавачі (радіо, телебачення), радіотелефони (авто-, радіотелефони, радіо СВ, аматорські радіопередавачі, виробничі радіотелефони), спрямована радіозв'язок (супутниковий радіозв'язок, наземні релейні станції), навігація (повітряне сполучення, судноплавство, радіоточка), локатори (повітряне повідомлення, судноплавство, транспортні локатори, контроль за повітряним транспортом). Сюди ж

відноситься різне технологічне обладнання, що використовує СВЧ-випромінювання, змінні (50 Гц - 1 МГц) і імпульсні поля, побутове обладнання (НВЧ-печі), засоби візуального відображення інформації на електронно-променевих трубках (монітори ПК, телевізори тощо). Для наукових досліджень в медицині застосовують струми ультрависокої частоти. Виникаючі при використанні таких струмів електромагнітні поля представляють шкоду, тому необхідно вживати заходів захисту від їх впливу на організм.

Ступінь біологічного впливу електромагнітних полів на організм людини залежить від частоти коливань, напруженості та інтенсивності поля, режиму його генерації (імпульсне, безперервне), тривалості впливу. Біологічний вплив полів різних діапазонів неоднаково. Чим коротше довжина хвилі, тим більшою енергією вона володіє. Високочастотні випромінювання можуть іонізувати атоми або молекули в соматичних клітинах - і таким чином порушувати йдуть в них процеси. А електромагнітні коливання довгохвильового спектра хоч і не вибивають електрони із зовнішніх оболонок атомів і молекул, але здатні нагрівати органіку, приводити молекули в тепловий рух. Причому тепло це внутрішнє - перебувають на шкірі чутливі датчики його не реєструють. Чим менше тіло, тим краще воно сприймає

короткохвильове випромінювання, чим більше - тим краще сприймає довгохвильове. Особливо чутливі до впливу несприятливих наслідків електромагнетизму ембріони і діти. Людина, створивши такий вид випромінювання, не встигла виробити до нього захисту. Первинним проявом дії електромагнітної енергії є нагрів, який може привести до змін і навіть до пошкоджень тканин і органів. Механізм поглинання енергії досить складний. Найбільш чутливими до дії електромагнітних полів є центральна нервова система (суб'єктивні відчуття при цьому - підвищена стомлюваність, головні болі і т. п) та нейроендокринна система.

З порушенням нейроендокринної регуляції пов'язують ефект з боку серцево-судинної системи, системи крові, імунітету, обмінних процесів, відтворної функції та ін Вплив на імунну систему виражається в зниженні фагоцитарної активності нейтрофілів, зміни компліментарної активності сироватки крові, порушення білкового обміну, пригніченні Т- лімфоцитів. Можливі також зміна частоти пульсу, судинних реакцій. Описано зміни кровотворення, порушення з боку ендокринної ісистеми, метаболічних процесів, захворювання органів зору. Було встановлено, що клінічні прояви впливу радіохвиль найбільш часто характеризуються астенічними, астеновегетативний і гипоталамическими синдромами.

Дія електромагнітного випромінювання на організм людини в основному визначається поглинутої в ньому енергією. Відомо, що випромінювання, що потрапляє на тіло людини, частково відбивається і частково поглинається в ньому. Поглинена частина енергії електромагнітного поля перетворюється в, теплову енергію. Ця частина випромінювання проходить через шкіру і поширюється в організмі людини в залежності від електричних властивостей тканин (абсолютної діелектричної проникності, абсолютної магнітної

проникності, питомої провідності) і частоти коливань електромагнітного поля.

Істотні відмінності електричних властивостей шкіри, підшкірного жирового шару, м'язової та інших тканин зумовлюють складну картину розподілу енергії випромінювання в організмі людини. Точний розрахунок розподілу теплової енергії, що виділяється в організмі людини при опроміненні, практично неможливий. Тим не менш, можна зробити наступний висновок: хвилі міліметрового діапазону поглинаються поверхневими шарами шкіри, сантиметрового - шкірою і підшкірною клітковиною, дециметрового - внутрішніми органами. Крім теплової дії електромагнітні випромінювання викликають поляризацію молекул тканин тіла людини, переміщення іонів, резонанс макромолекул і біологічних структур, нервові реакції і інші ефекти.

Зі сказаного випливає, що при опроміненні людини електромагнітними хвилями в тканинах його організму відбуваються складні фізико-біологічні процеси, які можуть стати

причиною порушення нормального функціонування як окремих органів, так і організму в цілому.

Люди, що працюють під надмірним електромагнітним випромінюванням, зазвичай швидко втомлюються, скаржаться на головні болі, загальну слабкість, болі в області серця. У них збільшується пітливість, підвищується дратівливість, стає тривожним сон. У окремих осіб при тривалому опроміненні з'являються судоми, спостерігається зниження пам'яті, відзначаються трофічні явища (випадання волосся, ламкість нігтів і т. д.).