обговорюється амплітудна залежність повної провідності серійного лавинно-пролітного діода міліметрового діапазону. Наводяться графіки, істотно доповнюють технічні умови на діод необхідною інформацією і полегшують тим самим можливість проведення розрахунків активних пристроїв на лавинно-пролітних діодах.

Анотація наукової статті з електротехніки, електронної техніки, інформаційних технологій, автор наукової роботи - Алексєєв Ю.І.


Amplitude dependence of millimeter waves IMPATT diode admittance

Amplitude dependence of millimeter waves IMPATT diode admittance is considered. Graphs, which essentially complete technical specifications of diode with necessary information and make easier calculation of IMPATT diode based active devices are presented.


Область наук:
  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології
  • Рік видавництва: 2005
    Журнал
    Известия вищих навчальних закладів Росії. Радіоелектроніка
    Наукова стаття на тему 'амплітудно ЗАВИСИМОСТЬ АДМІТТАНСА лавин-пролітні діоди МІЛІМЕТРОВОГО діапазону'

    Текст наукової роботи на тему «амплітудно ЗАВИСИМОСТЬ АДМІТТАНСА лавин-пролітні діоди МІЛІМЕТРОВОГО діапазону»

    ?W

    електроніка НВЧ

    УДК 621.373

    Ю. І. Алексєєв

    Таганрозький державний радіотехнічний університет

    Амплітудна залежність адміттанса лавинно-пролітного діода міліметрового діапазону

    Обговорюється амплітудна залежність повної провідності серійного лавинно-пролітного діода міліметрового діапазону. Наводяться графіки, істотно доповнюють технічні умови на діод необхідною інформацією і полегшують тим самим можливість проведення розрахунків активних пристроїв на лавинно-пролітних діодах.

    Лавинно-пролітний діод, адміттанс, частотна залежність, амплітудна залежність, генератор на ЛПД, підсилювач на ЛПД

    Розрахунок малосигнальної провідності лавинно-пролітного діода (ЛПД) в його робочому частотному діапазоні при відомих електричних параметрах кристала, на основі якого створено ^ -і-перехід, і при ряді необхідних констант з достатньою для інженерної практики точністю може бути проведений за допомогою аналітичних співвідношень, запропонованих, наприклад в [1]. Ця провідність представляє вихідний матеріал при розробках генераторів і підсилювачів на ЛПД. Розрахований за методикою [1] лінійний адміттанс серійного ЛПД 2А717А показаний на рис. 1, де для різних значень робочого струму? Про представлені активна 0д і реактивна Вд компоненти повної провідності в робочому для згаданого діода частотному діапазоні 31 .. .38 ГГц.

    Слід зауважити, що провідність ЛПД, представлена ​​на рис. 1, є необхідним, але не достатнім матеріалом, використовуваним розробниками генераторів і підсилювачів на ЛПД. На підставі цих графіків можна розрахувати параметри "холодної" коливальної системи генератора (або підсилювача) при еквівалентному поданні такої системи у вигляді паралельного коливального контуру, як це прийнято в інженерній практиці [2], [3]. Якщо вважати, що тип передавальної лінії, на основі якої розробляється підсилювальна або генераторна камера, відомий (визначається робочим діапазоном), то за допомогою графіків рис. 1 можна визначити, наприклад довжину резонатора, резонансна частота якого досить близька до частоті коливань проектованого генератора і навіть дорівнює їй в першому наближенні.

    Однак інформація про повну провідності ЛПД в малосигнальний наближенні, представлена ​​частотної залежністю компонент Од і Вд (рис. 1), для подальшого

    © Ю. І. Алексєєв, 2005

    63

    30

    32

    34

    -10 -20

    -30 -40 G, мСм

    Диодная структура без корпусу 36 /, ГГц В, мСм

    Т

    I0 = 80 мА

    30

    32

    250

    34

    70

    60

    50 40

    -20 -30

    -40 -50 G, мСм

    30

    Диодная структура в корпусі 36 /, ГГц В, мСм

    32

    34

    36

    f, ГГц

    I0 = 80 мА

    250

    f, ГГц

    Мал. 1

    розрахунку генератора є неповною, оскільки малосигнальная провідність діода дозволяє розрахувати тільки коефіцієнт регенерації коливальні системи і визначити на його основі пускові характеристики генератора. Розрахувати, наприклад, основний параметр генератора - колебательную потужність в стаціонарному режимі генерації - за допомогою характеристик, представлених на рис. 1, не представляється можливим, оскільки для такого розрахунку необхідна амплітуда залежність провідності ЛПД.

    Амплітудна залежність адміттанса враховується також при розрахунку амплітудної і динамічної характеристик підсилювача, що дозволяють визначити динамічний діапазон вхідних сигналів, в якому відбувається лінійне (неискажающим) посилення. Таким чином, для докладного розрахунку активних пристроїв на ЛПД необхідні відомості про нелінійних властивостях повної провідності діода, які прийнято представляти у вигляді умовних коливальних характеристик ОД = / (і), Вд = / (і), де і - амплітуда

    СВЧ-напруги на діоді [2], [3].

    У фундаментальних роботах [1], [4] амплітудні властивості проводимостей ЛПД отримали досить повне висвітлення і в узагальненому вигляді можуть бути представлені такими співвідношеннями:

    О (ю) = юСрЛ Ф (х) х (в); В (ю) = ЮС [1 -р ^ Ф (х) X (в)], (1)

    де ю - частота коливань; С - ємність збідненого області; РЛ =? О / 1х (Iо - величина струму харчування;? Х - характеристичний ток); Ф (х) = 2 / (х) / х / о (х) (/ о (х), / (х) - модифіковані функції Бесселя нульового і першого порядків відповідно); х = Р =

    = В2 (© CUx / Io) = aCU ^ Ix; х (&) = [L - cos (S)] / d; 1 (в) = (т5 / т) - (sin S / S) (в - фазовий кут прольоту; т§ - час прольоту шару множення; т - час прольоту запірного шару).

    На рис. 2 представлені коливальні характеристики серійного ЛПД міліметрового діапазону 2А717А, розраховані за співвідношеннями (l) з урахуванням паразитних параметрів корпусу при наступних значеннях констант (що відносяться як до власне диоду, так і до матеріалу ^ - «- переходу діода): швидкість носіїв заряду vs = 105 м / с, ширина збідненого шару W = 1.46 мкм, ширина еквівалентного шару множення 5 = 0.25W,

    -9 2

    ємність збідненого області C = 0.35 пФ, площа переходу s = 5 -10 м, коефіцієнт

    апроксимації m = 6, коефіцієнт різкості ^ р-і-переходу Z = 1.

    2

    З рис. 2 випливає, що при малих U значення провідності G і B збігаються з малосигнальних (лінійними) значеннями компонент провідності, представленими на рис. 1, що свідчить про коректність проведених розрахунків.

    Графіки рис. 2 вважаються основним інформаційним матеріалом при розрахунку колебательной потужності розроблюваного генератора і спільно з графіками рис. 1

    -10

    -20

    -30

    0.1 1

    U, В

    G, мСм

    -20

    U, В

    -30

    -40

    G, мСм

    -20 -30

    -40

    -50

    G, мСм

    2 B, мСм

    100

    U, В

    2 B, мСм

    U2, В

    2 B, мСм

    f = 31.5 ГГц

    2

    U2, В

    2

    U2, В

    2

    Мал. 2

    представляють необхідний і достатній набір вихідних даних, що дозволяє провести повний розрахунок генератора (або підсилювача) на ЛПД. Представлений на рис. 2 ад-міттанс ЛПД типу 2А717А враховує кількісний розкид проводимостей в робочому частотному діапазоні діода і істотну залежність провідності від робочого струму

    діода. Амплітудна залежність адміттанса показана в координатах Gд = f (і 2), BJl = f (і 2), що вельми зручно при розрахунку колебательной потужності: перетин графіка GJl = f (і 2) графіком провідності навантаження генератора GH (яка при розрахунку

    2

    відома), дає значення U1 для визначення потужності генератора.

    Амплітудна залежність активної компоненти Gд ЛПД 2А717А сильна і, згідно з прийнятою авторами [1] апроксимації, завжди має "м'який" характер порушення, хоча на практиці в залежності від обраного робочого струму діода амплітудна залежність Gj може мати і "жорсткий" характер. В цьому проявляється недолік співвідношень, що визначають теоретичні значення складових провідності. Частотний розкид Gj в робочому діапазоні діода незначний. Зміна робочого струму діода призводить тільки до кількісних змін, не змінюючи характеру залежності Gд = f (і 2).

    Амплітудна залежність реактивної компоненти B ^ ЛПД 2А717А слабка, проте

    її частотний діапазон значний, що необхідно враховувати при проектуванні широкосмугових активних пристроїв на ЛПД.

    Таким чином, на прикладі серійного ЛПД 2А717А показано, що при відомих електрофізичних константи матеріалу діода можна визначити повну провідність діода, на підставі якої можливо розрахувати основні параметри активних пристроїв на ЛПД.

    бібліографічний список

    1. Тагер А. С., Вальд-Перлов В. М. Лавинно-пролітні діоди і їх застосування в техніці НВЧ. М .: Сов. радіо, 1968. 479 с.

    2. Керрол Дж. СВЧ-генератори на гарячих електронах. М .: Світ, 1972. 390 с.

    3. Напівпровідникові прилади в схемах СВЧ / Под ред. М. Хауес, Д. Моргана. М .: Світ, 1979. 448 с.

    4. Зі С. Фізика напівпровідникових приладів. М .: Світ, 1984. 455 с.

    Yu. I. Alekseev

    Taganrog state university of radio engineering

    Amplitude dependence of millimeter waves IMPATT diode admittance

    Amplitude dependence of millimeter waves IMPATT diode admittance is considered. Graphs, which essentially complete technical specifications of diode with necessary information and make easier calculation of IMPATT diode based active devices are presented.

    IMPATT diode, admittance, frequency dependence, amplitude dependence, IMPATT diode generator, IMPATT diode amplifier

    Стаття надійшла до редакції 31 березня 2004 р.


    Ключові слова: Лавина-пролітні діоди / IMPATT DIODE / АДМІТТАНС / ADMITTANCE / ЧАСТОТНА ЗАВИСИМОСТЬ / FREQUENCY DEPENDENCE / амплітудно ЗАВИСИМОСТЬ / AMPLITUDE DEPENDENCE / ГЕНЕРАТОР НА ЛПД / IMPATT DIODE GENERATOR / ПІДСИЛЮВАЧ НА ЛПД / IMPATT DIODE AMPLIFIER

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити