10.3 Режим ограниченного накопления пространственного заряда

В модели этого режима предполагается, что напряженность электрического поля увеличивается до пороговой и затем уменьшается так быстро, что распределение пространственного заряда, приводящее к образованию домена, не успевает сформироваться. У катода образуется только первичный обогащенный слой, а распределение электрического поля в остальной части прибора почти однородно. Для работы прибора в этом режиме необходимо, чтобы в течение одного СВЧ-периода объемный заряд не успевал заметно возрасти, а обогащенный слой, наоборот, успел полностью разрушиться. Для этого необходимо, чтобы время релаксации Максвелла , соответствующее отрицательной дифференциальной подвижности, отвечающей за возникновение объемного заряда, должно быть больше, чем СВЧ-период, а время релаксации Максвелла, соответствующее положительной дифференциальной подвижности, отвечающей за исчезновение объемного заряда, должно быть меньше, чем СВЧ-период:

Успевает разрушиться обогащенный слой

Не успевает сформироваться ДСП

. (3.5)

Здесь 7000 см²/В c – подвижность в слабом поле , 2000 см²/В c – отрицательная дифференциальная подвижность.

Для реализации рассматриваемого режима диод Ганна помещается в резонатор с резонансной частотой, удовлетворяющей условию (3.5). Кроме постоянного смещения >к прибору прикладывается также синусоидальное напряжение достаточно большой амплитуды, так что часть периода напряжение на приборе будет меньше порогового значения.

Пока, у катода формируется домен. Однако, домен, не успев сформироваться, начнет рассасываться, так как в следующую часть периода напряжение на приборе будет меньше порогового. Во время формирования домена ток через прибор уменьшается, во время рассасывания – возрастает. Возникают колебания, определяемые не пролетным временем домена, а частотой резонатора.

3.4 Применение диодов Ганна

Диоды Ганна применяются для генерации электромагнитных колебаний СВЧ диапазона. С их помощью можно в импульсном режиме генерировать электромагнитные колебания с частотой до 150 ГГц мощностью до 10 кВт при к.п.д. ~ 10%.