Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
ГГц, Тф=|!05/"о (с). 1) Ео = 15 кВ/см; 2) Е0 = 6 кВ/см (б).
Р,Вт/с мг
105г
5
а
170
Рис. 8.5. Зависимость оптимального к. п. д. (кривая 1), параметров
оптимального режима (кривые 2, 3) и выходной мощности в оптимальном
режиме (кривая 4) от смещения, е0(Е0)-кривая 2, iRh/Ro (Е0)-кривая 3 при
f = 2,2 ГГц, по = 1015 см~3, Тф = 10-10 с (а) и зависимость к. п. д. от
смещения при заданном сопротивлении нагрузки при.. f=2,2 ГГц, п0 = Ю1Ъ
см~3, Гф = 10~10 с, Ер=2,2 кВ/см (б).
При построении зависимости т)тах(По) (рис. 8.4,а) оптимальный режим для
каждой концентрации определяется величинами ?оопт и еоопт,
обеспечивающими максимальный к. п. д. при заданной концентрации. Как
видно из рис. 8.5,а, генерируемая диодом мощность монотонно растет с
увеличением напряжения смещения. Поэтому зависимости Р(по) строились при
двух характерных значениях Е0, величина же во выбиралась оптимальной, т.
е. обеспечивающей максимальную при заданном значении Ей генерируемую
мощность. Из рис. 8.4,6 видно, что генерируемая диодом мощность монотонно
возрастает с увеличением По.
Зависимость к. п. д. генератора от параметров режима приведена на рис.
8.5,а, 6. На рис. 8.5,а (кривая /) показана зависимость максимального к.
п. д. (при оптимальной величине амплитуды е0) от поля смещения Е0.
Зависимость оптимальной амплитуды ео опт от смещения показана на том же
рисунке пунктиром (кривая 2). Кривая 3 (рис. 8.5,а) показывает
зависимость относительного оптимального сопротивления нагрузки R-аШо от
смещения, где Ro - сопротивление диода в слабом- поле. Из рис. 8.5,а
видно, что при увеличении смещения от пороговой величины E0=Et до
E0~l,5Et к. п. д. генератора резко возрастает. При дальнейшем увеличении
смещения к. п. д. продолжает расти, достигая плавного максимума при
напряжении, равном 4 ... 5 пороговым. При еще больших смещениях к. п. д.
уменьшается [сравнить с (8.5)]. Оптимальная амплитуда СВЧ поля линейно
возрастает с ростом Е0, так что разность между Ео и амплитудой
переменного СВЧ поля остается практически постоянной, приблизительно
равной разности между пороговыми полями возникновения и исчезновения
домена (рис. 8.3). Оптимальное сопротивление нагрузки монотонно растет с
увеличением напряжения смещения [сравнить с формулой (8.6)].
На рис. 8.5,6 показаны зависимости к. п. д. от напряжения смещения при
постоянных значениях сопротивления нагрузки. Из рисунка видно, что
генерация с к. п. д., близким к максимальному, возможна в широком
диапазоне сопротивлений нагрузки, причем с ростом отношения RjRo для
достижения максимального к. п. д. необходимо увеличивать напряжение
смещения. Этот вывод согласуется с результатами, приведенными на рис.
8.5,а. Из рис. 8.5,6 видно также, что при задан-
171
Рис. 8.6. Частотные зависимости к. п. д. генераторов Ганна при пй=1015
см~3, Тф=/0~1° с, Е0 = 11,3 кВ!см.
ном значении сопротивления нагрузки чрезмерное повышение Е0 вызывает
падение к. п. д. Качественно результаты, приведенные на рис. 8.5,6,
согласуются с расчетами, выполненными в работе [8], и с
экспериментальными данными.
Частотные зависимости к. п. д. генератора Ганна приведены на рис. 8.6. Из
рис. 8.6 видно, что режим работы диода существенно сказывается на
возможности частотной перестройки. При оптимальном для частотной
перестройки режиме (кривая, соответствующая ео=9,9 кВ/см) изменение
выходной мощности в диапазоне частот 1 ... 4 ГГц не превышает 6%. Вывод о
возможности частотной перестройки генератора в пределах, превышающих
октаву, подтверждается экспериментальными данными (§ 8.3). Из рис. 8.6
видно также, что даже при соТф^Э: 1 значения к. п. д. остаются достаточно
большими. Условию соТф^1 соответствует работа диода в гибридном режиме
[13]. Позднее этот режим был исследован в работе [17] ив целом ряде
других работ (гл. 9).
Приведенные выше результаты позволяют качественно оценить параметры
оптимального режима работы генератора на диоде Ганна и их зависимость от
частоты резонатора и параметров диода.
8.2.2. Влияние емкости образца на параметры генератора при работе
диода в параллельном резонансном контуре
Выше, при аналитических оценках и при численных расчетах, результаты
которых приведены на )ис. 8.4-8.6, мы пренебрегали влиянием емкости
домена на параметры генерации, что допустимо только на достаточно низких
частотах. На рис. 8.7 показана эквивалентная схема образца, учитывающая
емкость домена.
В нижней части рисунка показана качественная зависимость емкости образца
от времени. Сплошными линиями показана зависимость Ca(t), соответствующая
модели постоянной емкости домена. Пунктиром
172
Рис. 8.7. Работа диода в параллельном контуре:
а - активная часть периода; б - пассивная часть периода. Iv - tqk через
образец с до меном (рис. 8.1). Пунктиром обведена эквивалентная схема
диода.
показан качественный ход реальной зависимости Ca(t), построенной с учетом
того, что Са со l/[E(t)-Е г min]^2-
Из рис. 8.7 видно, что емкость образца периодически изменяется со
