Пример проектирования цепи СВЧ генератора на диоде Ганна. Конструирование диодных автогенераторов

Колебания, самостоятельно возникающие в системе в отсутствии внешних колебательных сил, называются автоколебаниями.

Форма, частота и амплитуда автоколебаний полностью определяются элементами, входящими в систему, создающую их. Такие системы называются автогенераторами или автоколебательными системами (АКС).

АКС включает в себя источник питания, откуда берется энергия для образующихся колебаний, регулятор, управляющий поступлением энергии из источника питания в колебательную систему, собственно колебательную систему, определяющую форму колебаний. Регулятором обычно служит активный усилительный элемент: транзистор, усилительная лампа. Для генерирования гармонических колебаний колебательная система должна представлять собой узкополосный избирательный четырехполюсник. Управляющий активный элемент вместе с колебательной системой образуют нелинейный частотно-избирательный усилитель. Для возбуждения усилителя и поддержания колебаний на необходимом уровне используются колебания, вырабатываемые в самом усилителе: часть энергии колебаний с выхода усилителя подается на его вход по цепи внешней обратной связи (В качестве цепи обратной связи обычно используются пассивные элементы). Таким образом, автогенератор с внешней обратной связью можно представить в виде блок-схемы , представленной на рис.1.

Рис.1

Генератор на диоде Ганна (ГДГ) образуется диодом Ганна, включённым в резонатор с эквивалентным сопротивлением Z_н , и источником питания U₀ (рисунок 7.8). Классификация возможных режимов работы ДГ в генераторе представлена на рисунке 7.9.

Рис. 7.8:Эквивалентная схема автогенератора на ДГ

Рис. 7.9:Диаграмма возможных режимов работы ДГ

Доменными называют режимы ДГ, для которых характерно наличие сформировавшегося дипольного домена в течение значительной части периода колебаний. Идеализированная динамическая ВАХ ДГ в доменных режимах дана на рисунке 7.10 сплошной линией (пунктир — статическая ВАХ ДГ).

Рис. 7.10:Доменный режим работы ДГ

Наличию домена соответствует нижняя ветвь характеристики 1. При достижении напряжения гашения U_гашдомен рассасывается и рабочая точка диода переходит на восходящую ветвь характеристики 2. Изменяя сопротивление нагрузки (а значит амплитуду U₁ ) на полюсах отрицательной проводимости диода, можно получить три различных доменных режима ДГ.

Пролётный режим имеет место при малой нагрузке на диоде, амплитуда напряжения мала и не оказывает влияния на образование и движение доменов. В этом режиме частота колебаний равна f_пр = 1 / τ_пр, импульсы тока имеют вид, представленный на рисунке 7.7. Практически этот режим не используется из-за малых значений КПД и f_пр.

В прочих режимах работы ДГ частота колебаний задаётся внешним резонансным контуром.