Генераторы на диодах Ганна (ДГ)

ДГ (диод с междолинным переходом электронов) представляет собой однородный объем полупроводникового материала с двумя омическими контактами для подачи питающего напряжения. В отличие от диодов, свойства которых определяются процессами в р-п переходе, свойства ДГ характеризуются процессами, протекающими в объеме полупроводника (например, арсенида галлия). Зона проводимости такого материала состоит из центрального минимума (нижняя долина) и нескольких боковых (верхние долины). Разность энергетических уровней в этих долинах составляет 0,36 эВ. Свойства электронов в этих долинах неодинаковы. В нижней - эффективная масса электронов меньше и они обладают большей подвижностью, а в верхней - значительно меньшей подвижностью. При комнатной температуре, в отсутствие внешних полей, электроны находятся в нижней долине. Если к полупроводниковому кристаллу приложить постоянное напряжение, то электроны будут переходить в верхнюю долину, приобретая в этом внешнем поле кинетическую энергию. При слабых электрических полях (меньше порога) практически все электроны находятся в нижней долине и плотность тока соответствует первой восходящей части ВАХ, где соблюдается закон Ома. При увеличении напряженности электрического поля все большее количество электронов получает дополнительную энергию и переходит в верхнюю долину, а при напряженности больше порога, количество тяжелых электронов преобладает над количеством легких, что приводит к снижению плотности тока, так как тяжелые электроны обладают меньшей подвижностью. На этом участке ДГ в динамическом режиме обладает отрицательным сопротивлением. Для возникновения отрицательного сопротивления всего кристалла необходим одновременный переход большинства электронов из нижней долины в верхнюю при пороговой напряженности поля. Эта пороговая напряженность поля, при которой начинается междолинный переход электронов, достигается лишь в узкой области кристалла, где имеется неоднородность концентрации примеси. Если напряженность поля вблизи неоднородности превысит пороговую, то вследствие перехода электронов в верхнюю долину их дрейфовая скорость (под действием поля) на этом участке уменьшается, что приводит к накоплению вблизи неоднородности объемного заряда. Из-за разности скоростей начнет формироваться положительный объемный заряд (область с меньшим количеством электронов) и отрицательный в узкой области, что приведет к еще большему росту напряженности поля, которая вызовет дальнейший рост заряда и т.д. Эта локальная область с высокой напряженностью электрического поля (домен) распространяется в направлении от катода к аноду, достигнув который исчезает. Напряженность поля спадает до порогового уровня и начинается процесс формирования нового домена. Ток во внешней цепи ДГ повторяет изменения дрейфовой скорости электронов j = qnv_s, так как его плотность пропорциональна дрейфовой скорости. Из-за периодического характера возникновения и исчезновения доменов во внешней цепи ДГ также появляется периодическая последовательность импульсов тока с пролетной частотой пропорциональной дрейфовой скорости и обратно пропорциональной длине образца кристалла (f_п» v_s/ l).

Конструктивное оформление генераторов на ДГ весьма разнообразно и они бывают полосковой и волноводных конструкции (на фиксированные частоты, с механической и электронной перестройкой частоты). Значительную электронную перестройку (до октавы) получают с помощью ЖИГ-резонаторов. Перестройку в меньшем диапазоне обеспечивают варикапы, которые осуществляют ее практически безынерционно

Поиск по сайту: