Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
мощности
усиление не сопровождалось паразитам- усилителя 20 мВт при
коэффициенте
ми сигналами. На частотах, отмеченных усиления 6 дБ. Приведены
значения ча-
пунктирными линиями, также наблюда- статного (рис. 10.1'2,а) и
амплитудного
лось усиление, однако присутствовали (рис. 10.12,6) шумов, измеренные
на
дополнительно паразитные сигналы входе и выходе усилителя. Можно ви-
в диапазоне от 7 ГГц до частот, соот- деть, что шум усилителя в таком
оежи-
ветствующих второй гармонике входно- ме сравним с шумом источника
входного сигнала. го сигнала.
10.8. Специальные типы усилителей
К специальным типам усилителей Другой тнп усилителя был описан
можно отнести прежде всего трехэлек- в работе {52]. В этом случае
усиление
тродный прибор, описанный в работе осуществлялось за счет среднего
по вре-
[51]. В качестве активного элемента уси- мени отрицательного
сопротивления дио-
лителя используется трехэлектродная да Ганна и его физическая природа
конструкция диода Ганна с р-n-перехо- аналогична физической природе
опнеан-
дом, показанная на рис. 8.15. В работе ных в гл. 8 низкочастотных
осцилляций.
[51] исследовалось усиление как в схеме Поэтому усиление в таком
режиме мо-
отражательного типа (в диапазоне жет наблюдаться в широкой полосе ча-
390 ... 425 МГц), так и в схеме типа етот. В работе [52] в схеме
отражатсль-
бегущей волны (в диапазоне f00 .. . ного типа описано усиление в
полосе от
... 540 МГц). Максимальное усиление 600 до 800 МГц на диодах Ганна,
ге-
составляло 53 дБ при ширине полосы нерировавших СВЧ мощность на
часто-
6 МГц на частоте '140 МГц. Коэффи- тах 3-см диапазона. Полоса
усиления
циент шума был при этом равен 20 дБ. определялась использовании).; в
работе
229
0i 1 1 10 100 Ча с тот а от несущ ей,кГ ц. д-
[52] четырехплечевым циркулятором. Среднее усиление в пределах указанной
полосы составляло примерно 40 дБ. Насыщение выходной мощности наблюдалось
при уровне входного сигнала -10 дБм.
Интересный тип отражательного усилителя исследовался в работе [53].
Использовался диод Ганна с rit>L = =1013 см-2 и длиной Li=45 мкм. При
поле смещения ?о=4900 В/см диод начинал линейно усиливать на частоте
3,622 ГГц.
С увеличением напряжения усиление возрастало от нуля при Е о = = 4900
В/см до 36 дБ 'При ?о = =5'200 (c)/см. Коэффициент шума составил примерно
20 дБ и почти не зависел от напряжения. При поле, большем 5200 В/см, диод
начинал генерировать на частоте 3,622 ГГц. При 6000 В/см
диод, не прекращая генерировать на частоте 3,622 ГГц, вновь начинал
усиливать, но уже на частоте 2,492 ГГц. При повышении поля от '6000
приблизительно до (c)600 В/см коэффициент усиления на частоте 2,492 ГГц
возрастал от 0 до 38 дБ. Коэффициент шума на этой частоте составлял 23 дБ
и также почти не зависел от напряжения. Характеристика усилителя
насыщалась при уровне выходной мощности порядка :1 мВт.
Используя факт одновременной генерации диодом мощности на частоте
3,622 ГГц и усиления на частоте 2,492 ГГц, Хакки сконструировал
гетеродинный СВЧ усилитель частоты 6,144 ГГц с преобразованием ее в
усиленные колебания частоты '2,492 ГГц. Максимальный коэффициент усиления
в таком режиме составлял 10 дБ.
В п. 7.4.2 обсуждался физический механизм усиления на квази-нейтральных
волнах. Как было показано, выходная мощность таких усилителей может
значительно превысить выходную мощность усилителей на волнах объемного
заряда.
Новый тип ганновского усилителя был предложен в работе [54]. Его работа
основана на усилении электромагнитных (поперечных волн)
в среде с отрицательной дифференциальной проводимостью. Заметим, что все
рассмотренные выше типы усилителей были основаны на усилении продольных
волн объемного заряда в полупроводнике.
Принцип работы усилителя
электромагнитных волн иллюстрируется рис. 10.13. В усилителе используется
субкритически легированный ганновский диоде очень большим поперечным
размером d>X, где к - длина электромагнитной волны. Волна вводится в диод
таким образом, что электрическое поле волны параллельно электрическому
полю напряжения смещения, как это показано на рисунке. Напряжение
смещения выбирается большим порогового. В этом случае эффективная
дифференциальная проводимость образца на частоте электромагнитной волны
отрицательна, что и обусловливает возможность ее усиления.
Экспериментально такое усиление было получено на образце из Genpn 77 К,
когда в германии существует
Рис. 10.13. Принцип действия усилителя поперечных электромагнитных волн
на диоде Ганна:
1 - пластинка из полупроводника, в котором наблюдается эффект Ганна, 2 -
катод, 3 - анод. Сверху показан качественный профиль усиливаемой диодом
электромагнитной волны.
230
отрицательная дифференциальная проводимость [55] (гл. 4). В работах [56,
57] наблюдалась генерация электромагнитных волн, связанная, по мнению
автора, с тем же эффектом.
Глава 11
ЛОГИЧЕСКИЕ, ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ И ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА
ГАННА
11.1. Логические приборы 11.1.1. Введение
