Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
емкости диода, однако между f и f0 сохраняется практически прямо
пропорциональная зависимость. В работе [12] рассмотрен ввод генератора в
режим ОНОЗ.
9.3.2. Ограничения на параметр no/f, связанные с рассасыванием
пространственного заряда
Как уже отмечалось выше, для работы в 'режиме ОНОЗ необходимо, чтобы
пространственный заряд, накопленный за активную часть периода Т-т",
рассасывался за время ts пока E<Et. Сформулируем это
*> Аналогичный подход в теории генераторов Ганна, работающих в пролетных
режимах, подробно описан в гл. 8.
200
Рис 9 2. Зависимость максимального к. /; д. (к. п. д. оптимального при
данном Е 9 режима) и соответствующего данному режиму отношения Rv/R0 от
Е0
13].
"8/см
25
20
15
10
5
Поглощения мощности Jomcymcmfiue . , с-тнеоациа)
Лу
// Гидридный и // ганновские • ' режимь/ работы
30 ?в,кВ/см
9.3. Область полей Е0 и е0, соответствующая режиму ОНОЗ [7].
ограничение количественно. В рамках линейной теории пространственный
заряд накапливается за активную часть периода со скоростью, определяемой
максвелловским временем на падающем участке кривой v(E)> Коэффициент
нарастания объемного заряда
где величина р,_ определяется формулой (9.2).
Рассасывание пространственного заряда определяется максвелловским
временем релаксации в слабом поле и коэффициент рассасывания
можно записать условие рассасывания пространственного заряда:
Из неравенства (9.21) никаких ограничений на па-раметр n0/f не следует.
Действительно, его можно просто переписать в виде
В неравенство (9.22) параметр n0/f вообще не входит, и оно определяет
только отношение между Г и ts. Однако во многих работах по теории режима
ОНОЗ вслед за Коплэндом [2, 3] условие (9.22) заменяется более жестким
неравенством
где S -некоторая произвольно задаваемая величина, не зависящая от h. (В
работах [2, 3, 13] величина 6=1.) Неравенство (9.23) соответствует
требованию, чтобы рассасывание пространственного заряда в определенное
число раз (еь) превышало накопление. В настоящее время отсутствует какое-
либо физическое обоснование для введения неравенства (9.23). В то же
время именно неравенство (9.23) обусловливает приводимое в работах [2, 3,
13] и многих других ограничение на параметр n0/f снизу (по//^2-104
с/см3).
Частотные зависимости параметров генератора, работающего в режиме ОНОЗ,
рассчитанные в работах [2, 3, 13, 14] и некоторых других, также получены
из неравенства (9.23). Действительно, чтобы при малых значениях параметра
n0/f удовлетворить неравенству (9.23), необходимо увеличивать xs что,
естественно, вызывает падение к. л. д., а при дальнейшем уменьшении
параметра n0/f - и прекращение генерации. Если же положить 6 = 0, то в
приближении одного электрона (п. 9.3.1) к. п. д. генератора не зависит от
частоты колебаний-
Таким образом, понятно, что как ограничение на параметр "о// снизу, так и
зависимости от параметра /го//, приведенные в [2, 3, 13, i4], произвольны
в той же стелени, что л зыбор величины 5. Тем не менее
(9.18)
(9.19)
Обозначив
(9.20)
или
{h/hB) + (ft/ftp) 5г0.
(9.21)
(l/ftH) +(l/Ар) SsO.
(9.22)
(А/Ан) + (h/hp) ^8,
(9.23)
i6Q ko го ю
a
П,%
wo ko го
10
Рис. 9.4. Зависимости амплитуды переменного СВЧ поля в резонаторе е0 (а),
выходной мощности на один электрон (б) и к. п. д. (в) от сопротивления
нагрузки Rh/Ro для различных значений Ео [7].
необходимо отметить, что экспериментально наблюдается некоторый спад к.
п. д. с уменьшением параметра n0ff.
На рис. 9.5 показаны зависимости г] от щ/f для различных значений
напряжения смещения, пвлученных в работе [8]. Как видно из рис. 9.5,а,
при малых смещениях экспериментальные данные качественно согласуются с
результатами расчетов [3] (при больших .напряжениях смещения (рис. 9.5,6)
совпадение значительно хуже). Однако [15] спад
?
,0,5
I 0,5
2 5
а.
J----------1 °а I
10(по/if Ю fc/cM5 О
°о° °о°о
Т til
12 S 10fn0/f W*c/cms
S'
Рис. 9.5. Зависимость к. п. д. от параметра n0ff [<3]:
a) EQIEt=*l,6; 6) EQ!Et=*5. Сплошные кривые заимствованы из расчетов
Коплэнда [<?].
202
к. п. д. при малых n0/f может быть объяснен, например, инжекцией
электронов из катодного контакта.
Из изложенного выше ясно, что в настоящее время нельзя быть уверенным в
том, что существует ограничение снизу на значение параметра no/f и
считать обоснованными рассчитанные в работах [3, 13, 14] зависимости
параметров генератора ОНОЗ от щ/f. Детальные экспериментальные и
теоретические исследования этого вопроса, несомненно, представляют
значительный интерес.
9.3.3. Влияние накопления пространственного заряда
Изложенная выше теория была развита в предположении, что накопление
пространственного заряда за активную часть периода на -параметры
генерации заметно не влияет. Такая теория справедлива, вообще говоря,
только в том случае, если коэффициент нарастания объемного заряда GH,
определяемый формулой (9.18), не слишком велик.
Критическое значение коэффициента Gn, при котором нарастание объемного
