32. Эквивалентная схема лпд и топология глпд.

Эквивалентная схема ЛДП мб получена последовательным соединением эквивалентных схем области лавины и пролетной области.

В этой схеме r_s - сопротивление потерь на частоте генерации;

L_л - нелинейная индуктивность лавины. ,где - время процесса лавинообразования; m - коэффициент, зависящий от материала из которого изготовлен диод (m = 7 для SiO₂ и m = 5 для GaAs); - пролетная частота.

Емкость лавинной С_л и пролетной С_пр областей связаны с емкостью диода соотношением , где - площадь сечения диода.

На частоте генерации пролетная область представляет собой отрицательную проводимость и в эквивалентной схеме она представлена генератором тока i_пр, величина которого зависит от приложенного напряжения.

Эквивалентная схема ГЛПД

Здесь пролетная область представлена усредненной по первой гармонике отрицательной проводимостью , включенной параллельно емкости С_пр. В схеме R_н - эквивалентное сопротивление нагрузки диода, L_н - эквивалентная индуктивность полной колебательной системы, которая вместе с емкостью С_пр обеспечивает резонанс на заданной частоте, r_s - сопротивление потерь.

33. Диоды Ганна. Принцип работы. Генератор на диоде Ганна.

Диод Ганна - это генераторный диод СВЧ, работающий в диапазоне частот от единиц до сотен гигагерц, изготовленный, как пра­вило, из арсенида галлия..

Структура и принцип работы диода

Диод Ганна представляет собой кристалл однородно легированного арсенида галлия п-типа, выращенного на низкоомной подложке из арсенида галлия п+-типа. На противоположных гранях кристалла выполнены омические контакты.

Название «диод Ганна» обусловлено тем, что механизм работы диода основан на эффекте Ганна, который заключается в появлении произвольных электромагнитных колебаний в диоде, состоящем из полупроводника, заключенного между омическими контактами, при приложении к этим контактам напряжения

принцип работы диода Ганна: Подведем к диоду небольшое постоянное напряжение , тогда в соответствии с законом Ома через него будет протекать постоянный ток , где - заряд электрона; п - концентрация электронов (равная концентрации доноров) в п-области; - средняя дрейфовая скорость электронов; - подвижность электронов; Е - напряженность электрического поля в п-области.

При малых - поле в диоде распределено равномерно по длине и может быть рассчитано из соотношения . При изменении пропорционально изменится Е, а следовательно, и , т. е. в данном случае диод подобен резистору.

С ростом напряжения возрастает число столкновений электронов с атомами решетки, скорость электронов падает, и зависимость уже перестает быть линейной.

Особенностью арсенида галлия и других полупроводниковых материалов, из которых изготовляются диоды Ганна, является наличие участка отрицательной крутизны на зависимости .

Когда постоянное напряжение превышает пороговое значение

( - напряженность электрического поля, соответствующая максимуму характеристики ), равномерность распределения поля в диоде нарушается. Это вызвано перераспределением электронов в п-области: происходит накопление электронов у контакта, к которому присоединен отрицательный полюс источника напряжения. Под действием электрического поля электроны дрейфуют от электрода с отрицательным потенциалом (катода) к электроду с положительным потенциалом (аноду). Таким же образом перемещается и область накопления электронов, называемая обогащенным слоем. Пролетев п-область длиной , обогащенный слой рассасывается на аноде. Далее процесс периодически повторяется: у катода образуется новый обогащенный слой, он снова движется к коллектору и т. д.

Как видим, в диоде Ганна возникает пульсирующий поток электронов, он приводит к периодическому изменению тока во внешней цепи генератора. Частота колебаний равна величине, обратной времени пролета электронов через п-область, , т. е. зависит от длины .