Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
легированными усилителями. К настоящему времени эти усилители, по-
видимому, наиболее полно изучены теоретически и экспериментально.
Поскольку величина n0L(n0do) у таких усилителей ограничена сверху, они не
могут обеспечить большой выходной мощности. Поэтому в последнее время
интенсивно исследуются так называемые суперкритически легированные
усилители, работающие в режиме стабильного усиления. В таких усилителях
используются диоды со значением параметра noL>(rioL)i. В зависимости от
способа, с помощью которого предотвращается образование домена, можно
выделить два типа супер-критических усилителей. Формирование домена может
быть предотвращено подключением к диоду внешней нагрузки по постоянному
или переменному току (в простейшем случае для стабилизации может быть
использовано достаточно большое последовательное сопротивление) или
покрытием диода пленкой диэлектрика с высокой диэлектрической
проницаемостью (гл. 5). (Подробней эти способы будут рассмотрены ниже.)
Усилители второй группы по принципу работы можно разделить на так
называемые "усилители Тима" с бегущим доменом и параметрические
усйлители. В усилителях Тима с бегущим доменом усиление возникает за счет
того, что вольт-амперная характеристика образца с бегущим вдоль иего
стабильным доменом сильного поля падающая (гл.З).
В параметрических усилителях на основе эффекта Ганна используется то
обстоятельство, что емкость диода изменяется с периодом, равным времени
пролета домена. Емкость меняется от сравнительно малого значения,
соответствующего емкости однородного образца, до сравнительно большого
значения, соответствующего емкости образца со стабильным доменом. Такие
усилители могут работать в двух различных режимах: с внешней подкачкой на
частоте, вдвое превышающей частоту усиливаемого сигнала, и без внешней
подкачки (так называемые усилители с самоподкачкой). Во втором случае
источником подкачки служат ганновские колебания и частота усиливаемого
сигнала равна половине частоты ганновских колебаний.
Теоретические оценки показывают, что ганновские параметрические усилители
могут превзойти по своим параметрам стандартные параметрические усилители
на варакторных диодах.
213
Усилители третьей группы представляют собой суперкритически легированные
диоды, в которых формирование домена подавляется входным сигналом.
Амплитуда и частота входного сигнала должны быть такими, чтобы
накопленный в активную часть периода пространственный заряд успевал
рассасываться в пассивную часть периода, когда поле на образце меньше
порогового. В этом случае ток, как и в режиме ОНОЗ, практически
прослеживает кривую ц(Е) для однородного образца. Предполагается, что
усилители такого типа будут обладать наименьшим коэффициентом шума по
сравнению с другими усилителями на основе эффекта Ганна.
Любой генератор, синхронизированный внешним сигналом, служит усилителем,
если выходная мощность превышает мощность синхронизирующего сигнала
(усилители четвертой группы). Частично вопросы, связанные с фазовой
синхронизацией генераторов Ганна, рассматривались в гл. 8 и 9. Некоторые
дополнительные данные будут приведены в § 10.7.
Приведенная выше классификация типов усилителей на основе эффекта Ганна
иллюстрируется схемой на рис. 10.1. Стабильные усилители были впервые
предложены и исследованы Тимом, и в зарубежной литературе их часто
называют усилителями Тима. Усилители с бегущим доменом, использующие
падающую вольт-амперную характерв-
Рис. 10.1. Классификация типов усилителей на основе эффекта Ганна.
214
стику образца с доменом, также были предложены и исследованы Тимом [1].
Параметрические усилители были впервые предложены Айтчисоном [2]. В
усилителях третьей группы усиление происходит непосредственно за счет
падающего участка на кривой v(E). Этот принцип усиления впервые был
предложен Хашизумой и Катаокой в работе СЗ], в которой отмечено сходство
предложенного принципа работы с работой генераторов Ганна в режиме ОНОЗ.
Полный инженерный расчет усилителя должен включать расчет коэффициента
шума и уровня насыщения по мощности, определяющего динамический диапазон
усилителя.
Однако к настоящему времени теоретические работы по расчету шумов
ганновских усилителей отсутствуют. Недостаточно разработана также и
нелинейная теория ганновских усилителей, необходимая для расчета уровня
насыщения мощности. Предметом большинства теоретических расчетов
ганновских усилителей служит лишь определение коэффициента усиления (и
импеданса образца).
Существует две основные модификации ганновских усилителей: усилители
отражательного типа (reflection или one-port amplifiers) и усилители
бегущей волны ((travelling wave или two-port amplifiers).
В усилителях отражательного типа для разделения входного и выходного
сигналов, как правило, используется циркулятор (рис. 10.2,а). В схеме,
показанной на рис. 10.2,а, сигнал, поступивший на вход 1 циркулятора,
отражается от конца длинной линии, подключенной к плечу 2 циркулятора. На
