Режимы работы генератора на диодах Ганна. Оптимальные параметры диода Ганна

Классификация возможных режимов работы ДГ в генераторе представлена на рисунке 7.9.

Рис. 7.9:Диаграмма возможных режимов работы ДГ

Доменныминазывают 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.

Пролётныйрежим 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.

Режим с задержкой образования домена возможен, если минимальное напряжение на диоде U₀ – U_mоказывается меньше порогового значения, причём домен достигает анода в такой момент времени, когда мгновенное напряжение на диоде лежит между U_гаш и U_пор и образование нового домена будет задержано до тех пор, пока U не сравняется с U_пор.

Режим с гашениемдомена имеет место, когда в процессе движения домена к аноду мгновенное напряжение на ДГ становится меньше напряжения U_гаш, и домен быстро рассасывается. Импульсы тока в этом режиме показаны на рисунке 7.11 .

Рис. 7.11:Режим работы ДГ с гашением домена

Режим ограничения накопления объёмного заряда (ОНОЗ).В этом режиме частота напряжения настолько велика, что напряжение на ДГ проходит область отрицательного наклона ВАХ за время, малое по сравнению сτ. При этом домен не успевает формироваться и динамическая ВАХ совпадает по форме с характеристикойv_др(E).

Гибриднымирежимами называются все режимы, промежуточные между ОНОЗ и доменными. В этих режимах время τ сравнимо с периодом колебаний, так что в течение части периода существует неравновесный пространственный заряд в образце. Эти режимы характерны для ГДГ при f ≥ 8…10 ГГц.

Общие требования к электромагнитным цепям (колебательным контурам) диодных генераторов сводятся в основном к обеспечению заданных рабочей частоты и режима работы, полосы перестройки по частоте, стабильности, максимального контурного КПД и теплоотвода. Иногда задаются дополнительные требования по радиационной стойкости, экранировке полей, уровню паразитной модуляции и т.п.

Заданная рабочая частота и режим работы обеспечиваются полным входным сопротивлением колебательного контура Z = R + jX . Для этого используют резонатор, образованный отрезком линии передачи определённой длины, связанной с диодом и нагрузкой с помощью специальных устройств связи, и трансформатор сопротивлений, включённый в эту линию, который может быть образован какой-либо неоднородностью (скачком волнового сопротивления, штырём, диафрагмой), введённой в электромагнитное поле линии. Для предотвращения шунтирования СВЧ цепи источником питания в нее дополнительно включается фильтр нижних частот в соответствии с рисунком 7.15. Заданные требования по полосе перестройки и стабильности обеспечиваются выбором определённой структуры и нагруженной добротности СВЧ цепи.

Таким образом, необходимыми элементами конструкции диодного генератора являются:

• резонатор, связанный с диодом и нагрузкой;
• устройство связи нагрузки с резонатором;
• СВЧ трансформатор сопротивлений;
• цепи питания диода с ФНЧ.

Обобщённая структурная схема диодного генератора представлена на рисунке 7.18.

Рис. 7.18:Обобщённая структурная схема диодного генератора