АВТОДИНЫ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДАХ. ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

3. АВТОДИНЫ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДАХ. ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

Как упоминалось выше, полупроводниковые СВЧ генераторы

обладают рядом достоинств [6,7]. Основными достоинствами

являются малые размеры и малое энергопотребление.

Сравнительные характеристики полупроводниковых СВЧ генераторов

приведены в таблице 1.

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Таблица 1. Сравнительные характеристики полупроводниковых ~~~~~~~~~~

СВЧ генераторов.

Эквивалентная схема автодина на полупроводниковом диоде

приведена на рис. 4.

__________

| |

|~| |~|

| | Yд | | Yн

|_| |_|

| |

~~~~~~~~~~

Рис. 4. Эквивалентная схема автодина на полупроводниковом ~~~~~~~

диоде.

Эта эквивалентная схема может быть описана соотношением

(3.1), согласно первому закону Кирхгофа.

. .

Iyд + Iyн = 0 (3.1)

Величина Yн явлыется проводимостью нагрузки и элементов настройки схемы, Yд - средняя проводимость полупроводникового

прибора,

. .

Yд = I1 / U1 (3.2)

. .

I1, U1 - комплексные амплитуды тока и напряжения первой

гармоники на полупроводниковом элементе. Т.к. к обеим

. проводимостям приложено одно и то же напряжение U1, можно

записать баланс мощностей:

2 2

| U2 | * Yд + | U1 | * Yн = 0 (3.3)

Активная мощность на нагрузке (3.4) положительна

2

Рн = | U1 | * Re(Yн) (3.4)

отсюда вытекает, что

2

| U1 | * Re(Yд) = - Рн (3.5)

.

т.е. Yд должна иметь отрицательную действительную часть при

существовании в системе колебаний с ненулевой амплитудой.

Наличие отрицательной проводимости характеризует трансформацию

энергии: полупроводниковый элемент потребляет энергию

постоянного тока и является источником колебаний ненулевой

частоты.

В качестве трансформаторов энергии может быть использован

ряд двухполюсников диодов: туннельный диод (ТД), лавинно -

пролетный диод (ЛПД), инжекционно -  пролетный диод (ИПД) и

диод Ганна (ДГ).

Процессы в полупроводниковых приборах описываются тремя

основными уравнениями в частных производных [8]: уравнением

плотности тока, характеризующим образование направленных

потоков заряда; уравнением непрерывности, отражающим накопление

и рассасывание подвижных носителей заряда, и уравнением

Пуассона, описывающим электрические поля в полупроводнике.

Точное решение этих уравнений с учетом граничных условий

в общем виде затруднительно даже на ЭВМ. Чтобы упростить

анализ вводят эквивалентные схемы полупроводниковых приборов.

ТД представляют собой приборы, наиболее удобные для

анализа, т.к. их эквивалентная схема более проста и точна, чем

схемы других полупроводниковых приборов. С практической точки

зрения ТД представляет собой интерес при создании маломощных

автодинов в коротковолновой части сантиметрового диапазона.

ИПД (BARITT) обладает малой генерируемой мощностью [9],

но из-за низкого уровня шумов и малого напряжения питания

являются перспективными для допплеровских автодинов.

ЛПД обеспечивает наибольшие КПД и мощность колебаний

[10]. Но его главным недостатком является относительно высокий

уровень шумов, обусловленный , в первую очередь, шумами

лавинообразования.

Таким образом, на сегодняшний день наиболее подходящим

полупроводниковым СВЧ генератором для автодинов является диод

Ганна, который, хотя и имеет достаточно высокий уровень шумов

и низкий КПД, генерирует колебания достаточно высокой мощности

( от десятков миллиВатт до единиц Ватт ) и требует низкого

[11] напряжения питания ( 4.5 - 7 Вольт ).

Похожие работы

Эффект автодинного детектирования

Скачать

29071

1

7

... точность и отличающейся простой в эксплуатации. В настоящее время разработаны и изготовлены устройства для неразрушающего контроля, принцип действия которых основан на эффекте автодинного детектирования: измерители толщины металлодиэлектрических структур и диэлектрической проницаемости [19,20]. Наибольшее практическое применение из разработанных приборов нашёл СВЧ толщиномер типа СИТ-40. На ...