Курсовая работа Двухполупериодные выпрямители Electronics Workbench Особенности микроволнового диапазона Статическое и дифференциальное сопротивления Туннельный диод Объемное отрицательное сопротивление

Выполнение курсовой, контрольной работы по физике, электротехнике

Объемное отрицательное сопротивление

Общим условием усиления или генерации колебаний является наличие отрицательного дифференциального сопротивления, или дифференциальной проводимости. Найдем условие, при котором возможно существование отрицательной дифференциальной проводимости в однородных полупроводниках. Приемники, соединенные по схеме трехпроводной звезды или треугольником.

Плотность тока через полупроводник в общем виде определяется зависимостью (8.4). Условием возникновения отрицательной проводимости является dj/dE<0. Дифференцируя (8.4), с учетом dn1/dE = —dn2/dE и μ1>>μ2 (пренебрегаем членами с μ2) условие возникновения отрицательной проводимости получим в виде

 d n2 / dE > n1 / E. (8.8)

Это означает, что на участке отрицательной проводимости переход электронов из одного минимума в другой должен быть достаточно интенсивным при небольших изменениях E.

По выражению (8.7) плотность тока зависит от напряженности поля так же, как и дрейфовая скорость. Так как ток диода I=jS, где S - площадь его поперечного сечения, а напряжение на диоде U=Eℓ, где ℓ - расстояние между контактами (длина диода), то

  (8.9)

Это выражение определяет вольт-амперную характеристику диода Ганна при однородном распределении электрического поля по продольной координате. Дифференциальная проводимость ДГ

 

в диапазоне напряжений питания от Uп=Enℓ до U2=E2ℓ отрицательна и может компенсировать потери в подсоединенной к диоду пассивной цепи, что открывает возможность использовать его для генерации или усиления колебаний.

Изложенный физический механизм образования отрицательного сопротивления в арсениде галлия был убедительно подтвержден экспериментами по влиянию давления на характеристики диодов Ганна.

Режимы работы. Характеристики и параметры диода Ганна

В зaвиcимocти oт пapaмeтpoв диoдa (cтeпeни и пpoфиля лeгиpoвaния мaтepиaлa, длины и плoщaди ceчeния oбpaзцa и eгo тeмпepaтypы), a тaкжe oт нaпpяжeния питaния и cвoйcтв нaгpyзки диoд Гaннa, кaк гeнepaтop и ycилитeль CBЧ-диaпaзoнa, мoжeт paбoтaть в paзличныx peжимax: дoмeнном, oгpaничeния нaкoплeния oбъeмнoro зapядa (OHOЗ), гибpиднoм, бeryщиx вoлн oбъeмнoro зapядa, oтpицaтeльнoй пpoвoдимocти

 

Pиc. 8.4. Зависимость скорости домена от напряженности

Доменные режимы работы

Рассмотрим следующие разновидности доменных режимов:

пролетный;

режим с задержкой домена;

режим с подавлением (гашением) домена.

 Для дoмeнныx peжимoв paбoты диoдa Гaннa xapaктepнo нaличиe в oбpaзцe cфopмиpoвaвшeгocя дипoльнoгo дoмeнa в тeчeниe знaчитeльнoй чacти пepиoдa кoлeбaний.

Скopocть дoмeнa hд и мaкcимaльнaя нaпpяжeннocть пoля в нeм Eд cвязaны пpaвилoм paвныx плoшaдей

   (8.10)

В cooтвeтcтвии c (8.10) плoщaди, зaштpиxoвaнныe нa риc. 8.4 и oгpaничeнныe линиями u (E), uд = const, Eд = const, являютcя oдинaкoвыми. Kaк виднo из pиc. 8.4, мaкcимaльнaя нaпpяжeннocть пoля Eд в дoмeнe знaчитeльнo пpeвышaeт пoлe Eвн внe дoмeнa и мoжeт дocтигaть дecяткoв кB/cм.

Пролетный режим генератора. Обычно так называют режим работы, в котором колебательная система, связанная с прибором Ганна, имеет низкую добротность. В этом случае переменное напряжение на колебательной системе мало по сравнению с постоянным напряжением и не оказывает обратного влияния на процессы в образце из GaAs. Если постоянное напряжение превышает пороговое значение, то в образце возникнут импульсы тока, частота следования которых определяется временем пролета. Этот режим уже рассмотрен как эффект Ганна.

Режим с подавлением домена

Транзистором называют электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, имеющий три и более выводов. Термин "транзистор" происходит от английских слов transfer of resistor (преобразователь сопротивления). В отличие от вакуумных СВЧ приборов, не имеющих, с точки зрения механизма работы, аналогов в низкочастотном диапазоне, в основе работы полупроводниковых СВЧ-транзисторов лежат те же физические процессы, которые определяют работу транзисторов на низких частотах. Рассмотрим факторы, которые, с одной стороны, ограничивают возможность использования низкочастотных транзисторов в СВЧ-диапазоне и которые приводят, с другой стороны, к конструктивным особенностям СВЧ-транзисторов, являясь основанием для выделения их в самостоятельную группу транзисторных приборов.

Коэффициент усиления и максимальная частота генерации. Для характеристики усилительных свойств СВЧ БТ вводится коэффициент однонаправленного усиления Кр. Он характеризует прямое усиление транзистора по мощности при условиях его согласования с источником сигнала и нагрузкой и компенсации обратной связи внешней цепью без потерь. Этот коэффициент является общей характеристикой БТ. Он не зависит от схемы включения транзистора. Пользуясь эквивалентной схемой БТ при включении с общей базой, можно получить при условии (ω/ωгp)2 <<1 следующее выражение для коэффициента усиления по мощности Кр.

Особенности создания инверсной населенности уровней В полупроводниковых лазерах используется инверсия населенностей, получаемая в полупроводниках с одним или с различными типами проводимости (p-n-переход). Идеальным было бы состояние (рис. 10.9), когда верхние уровни в области 2 полностью заполнены электронами проводимости а нижние в области 1 полностью свободны от валентных электронов, т. е. полностью заполнены дырками. В этом случае инверсия населенности была бы наибольшей.


Свободные носители зарядов в полупроводниках