Разработка и расчет автогенератора на диоде Ганна с варакторной перестройкой частоты в заданном диапазоне. Структура автогенератора и тип диода. Расчет автогенератора и резонансной системы. Оптимальное сопротивление нагрузки и КПД резонансной системы.
В цепи, с подключенным диодом Ганна, возникает переменный ток. Причем частота изменения тока равняется величине, обратной времени пролета электронов от катода до анода. Далее в курсовой будет показано, что генерация переменного тока обусловлена эффектом междолинного перехода электронов, стимулированного сильным электрическим током. Так как эти генераторы обладали хорошими шумовыми характеристиками, то это и позволило применение таких генераторов на аппаратуре с высокой чувствительностью, а также такие генераторы не требовали применения высоковольтных источников питания.Эффект междолинного перехода рассматривается на примере арсенида галлия и фосфида индия, структура энергетических зон которых представлена на рис [1 ]. При малой напряженности электрического поля в образце все электроны находятся в нижней долине зоны проводимости, расположенной в точке Г (рис [1 ]). Дальнейшее увеличение Е будет сопровождаться непрерывным ростом концентрации электронов в верхней долине. Тогда, исходя из статистики Максвелла - Больцмана, можно записать следующее выражение для отношения заселенностей электронами верхней и нижней долин: (3) где предэкспоненциальный множитель определяет отношение плотностей состояний в долинах, а М1 и М2 - число верхних и нижних долин соответственно. Выражение для Те получим, используя условие баланса энергии, приобретаемой электронами в электрическом поле в единицу времени и теряемой в это же время за счет столкновений: (5) где - время релакса энергии (порядка 10-12 с)Анализ механизма возникновения периодических изменений сопротивления образца с ОДС проведем на примере однородно легированного полупроводника с омическими контактами, в котором приложенная разность потенциалов создает электрическое поле Е=Еп Предположим, что в некоторый момент времени вследствие тепловой флуктуации группа электронов сместилась в сторону катода относительно неподвижно ионизованных доноров (рис [3], а). В области возникшего дипольного объемного заряда напряженность электрического поля, как это следует из уравнения Пуассона, возрастает и станет больше порогового значения, а в остальной части образца Е слегка уменьшится и станет меньше Еп (рис [3], в), так как напряжения, подаваемое на образец, поддерживается постоянным. Спад силы тока в цепи при формировании диполя или домена сильного поля обусловлен резким уменьшением подвижности электронов в нем и, следовательно, увеличением сопротивления образца. Логично предположить, что наиболее стабильное состояние домена соответствует минимальной мощности, потребляемой образцом от источника питания, то есть, когда плотность тока в образце имеет наименьшее возможное значение - (см рис [4]). Если предположить, что домен возникает у катода за счет имеющейся здесь неоднородности в распределении примеси (пониженное значение Nd и повышенная напряженность поля), то за время пролета где - некоторая средняя скорость дрейфа домена, он достигнет анода и исчезнет, после чего в образце восстановится однородное распределение поля и первоначальное (до формирования домена) значение тока.Этот режим соответствует случаю, когда не выполняется условие (12), следовательно, домен сильного поля не успевает сформироваться, доменная неустойчивость не возникает и образец не является генератором. При однородном распределении концентрации носителей вдоль образца (n0 y не зависит от x) его ВАХ в соответствии с (1) повторяла бы зависимость от Е (рис [2]). Однако в реальных случаях катод (обычно контакт n -n-типа) инжектирует в образец электроны, что приводит к совершенно иному виду ВАХ. (17) получим распределение напряженности поля и концентрации электронов вдоль образца, которые качественно представлены на рис [6] . Если напряженность поля всюду меньше Еп, то в большей части образца она слабо зависит от х (рис [6], а, кривая 1), а концентрация электронов вдали от катода равна равновесной (рис [6], б, кривая 1).СВЧ - мощность, генерируемую диодом Ганна, можно представить как где R - сопротивление диода. В пролетном режиме работы и Это соотношение между мощностью и частотой сопровождается экспериментом для диодов из GAAS и INP. В непрерывном режиме работы, когда на диод подается постоянное напряжение смещения, на частоте 10 ГГЦ СВЧ - мощность равна приблизительно 2 Вт.Генераторные свойства диода учтены на этой схеме отрицательной проводимостью GГ, СГ - "горячая" реактивность диода. Параметры rпос, Lкон,, Скон обусловлены структурой корпуса диода. 9 приведена эквивалентная схема волноводного автогенератора на диоде Ганна, учитывающая собственный контур диода и емкость варактора (rпос, Lкон,, Скон, СГ, С’в ), два соседних обертона резонатора волновода (r02, L2,, С2, и r03, L3,, С3,) и квазикоаксиальный резонанс узла крепления диода Ганна (штырь крепящий диод) - элементы La, Lв. К. характеристическое сопротивление штыря с варикапом во много раз меньше характеристического сопротивления штыря с диодом Ганна и штырь с варикапом лишь незначительно снижает добротность всего устройства.Для применения в авто
План
Содержание
Введение
1. Техническое задание и исходные данные
2. Обзор литературных источников
2.1 Междолинный переход электронов
2.2 Дипольные домены и возможные режимы работы диодов Ганна
2.3 Режим с обогащенным слоем
2.4 Мощность и КПД диодов Ганна
3. Выбор структуры автогенератора и типа диода
4. Расчет автогенератора и резонансной системы
4.1 Расчет параметров варактора
4.2 Определение пределов перестройки частоты автогенератора
4.3 Определение нелинейности статической модуляционной характеристики
4.4 Расчет резонатора автогенератора
4.5 Расчет оптимального сопротивления нагрузки и КПД резонансной системы
Заключение
Список литературы
Введение
В цепи, с подключенным диодом Ганна, возникает переменный ток. Причем частота изменения тока равняется величине, обратной времени пролета электронов от катода до анода. Далее в курсовой будет показано, что генерация переменного тока обусловлена эффектом междолинного перехода электронов, стимулированного сильным электрическим током. Данный эффект бил использован для построения на основе Диодов Ганна высокочастотных генераторов. Так как эти генераторы обладали хорошими шумовыми характеристиками, то это и позволило применение таких генераторов на аппаратуре с высокой чувствительностью, а также такие генераторы не требовали применения высоковольтных источников питания.
Конечно, кроме выше перечисленных преимуществ в диодов Ганна были и некоторые недостатки. Основными недостатками генераторов на основе диодов Ганна была их малая выходная мощность и КПД. Но это не повлияло на пренебрежение их, как ключевого звена современной СВЧ техники. Они превосходили иных генераторов своим гарантийным сроком службы, который может достигать сотню лет, а иногда и превышать его.
Целью данного курсового проекта является расчет автогенератора на диоде Ганна с перестройкой частоты в диапазоне частот от 11,4 до 11,6 ГГЦ (сантиметровый диапазон), с мощностью не менее 5 МВТ.
1. Техническое задание
Разработать и рассчитать автогенератор на диоде Ганна с перестройкой частоты.
Исходные данные
1) Диапазон перестройки частоты от 11,4 до 11,6 ГГЦ
2) Выходная мощность не менее 5 МВТ
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
