Домен может появиться около любой неоднородности структуры полупроводника. Самой большой структурной неоднородностью являются контакты: катодный и анодный. Существуют неоднородности и в объеме полупроводника, связанные с дефекта.ми кристаллической решетки. Под действием приложенного к образцу поля домен начинает двигаться в направлении z от катода к аноду. При 3to:vi происходят группирование электронов и ионов вокруг сечений Л и В (cai. рис. 10.50) и возрастание плотпости пространственного заряда. Постепенный рост пространственного заряда сопровождается изменением потенциалов точек, расположенных на гра.пицах домена (рис. 10.51, а): уменьшается потетщиал точек сечения Л, увеличивается потенциат точек сечения В. В результате уменьшается угол наклона кривой распределения потепциала за пределами домена, спи- j жается напряженность электрического поля (рис. 10.51,6). Напряженность поля вне cфopшpoвaвшeгocя домена может достигнуть значений, при которых не суп1ествует отрицательной дифференциальной подвижности (см. рис. 10.48); условия существования доменов отсут- Рис. 10.52

ствуют. Внутри диода Ганна может начаться рост нескольких доменов. По мере развития онп конкурируют друг с другом, после чего фор.мируется только один домен. Чаще всего образуются катодные домены. Появившись у катодного контакта, они проходят в образце самый большой путь. Достигнув анодного контакта, домен должен прекратить свое существование. Тогда напряженность электрического поля внутри образца станет соответствовать отрицательной дифференциальной подвижности и произойдет рождение следующего катодного домена. Расс\ютренный процесс повторяется.

Осталось выяснить причину возникновения регулярных пульсаций тока во внешней цепи диода Ганна. Периодическое существование и исчезновение доменов изменяет сопротивление образца. В отсутствие домеиа кривая потенциала (пунктирная линия на рис. 10.51, а) вблизи контактов наклонена под большим угло.м к оси 2, что соответствует самому большому току во внешней цепи и самому малому сопротивлению образца. Когда существует домен, угол наклона кривой потенциала к оси 2 (сплошная линия на рис. 10.51, а) около анодного и катодного контактов уменьшается, что соответствует меньшему току и большему сопротивлению образца. Таким образом, ток в цепи диода Ганна непрерывно изменяется во времени (рис. 10.52). Частота повторения импульсов тока зависит от времени дрейфа Тдр Лобр/дро-Следовательно, чем больше длина образца Ьобр, тем больше Тдр и те.м меньше частота повторения импульсов тока.

Рассмотренный принцип действия генератора на диоде Ганна относится к пролетному режиму, существующему, когда напряжение на колебательной системе U. не влияет на процессы, происходящие в полупроводнике. Частота автоколебаний в пролетном режиме равна пролетной частоте /вр = 1/Тдр. Напряжение диода Ганна t/д склады-

ваетгя tn посгоян1Кго напряжения £9 н прре Pin;oro напряжения <см. рис. 10.46, а). При большом чапря::- Гги;[ С,.. суммарное напряжение диода в некоторые интервалы времени может уменьпштьс! до значений, при которых напряжеиность элсхгрического поля в образце не соответствует отрииатстьной дифt)epeни!Iaьнoй подвижи-сти. Если напряжение дпода стало ниже пооогов-о п момент времени, когда домен уже достиг анодного контакта, то проиходит задррл<к i появления нового домеш. Частота пульсаний тока уменьшится Есл:< установилось папряженне t/ ниже попогового во время дрейфа домена внутри обьсма образца, то возтгкает преждевременный пын домена, а частота пульсаций тока увеличивается. Таким образ > частота повторения импульсов приближается к частоте 1геремен!10го напряжения колебательной системы. Собственная частота рсюпагора и частота генерации может быть как выше, так и шже ч тоть пульсаии гока, характерной для пролетного режима. в первом случ-е возникает режиАт с подавление! домена, во втором случае - режим с задержке-, домена.

В рассмотренных режимах, связанных с сушествогангем доменов, скважность импульсов тока в цент диода оказывается лостаючно высокой, а содержа}ше первой гармоники в спектре тока низкой. При постоянном напряженгч диода, существенно превышающе:.! пороговое, большой амплитуде переменного напряжения (игтюльзуется высоко-добротная ко.дебательная система} и резонаторе, п.5отрс= [ом i!a частоту в несколько раз выше пролетной, время нс\ )жления рабочей точки диода на участке с отрицательной ди1рфрое!ииш.пьной ппл-ижкостью мо.жег оказаться недогтаточпым для форм;1рования до\ \:а Именно здесь удается получить более высокое содспжа.ше !1рзгй i рмочгки в спектре тока и более высокий к. п. д. Соотрстсшугщш ! этг-.у слу По эффективный режим работы называют рекичюм огранччеишо нгкчь ления объемного заряда (ОНОЗ). Если в пролетном режил!е к п. д. ц = 4--6%, то в режиме ОНОЗ ц == 25%.

Генераторы на диодах Гаинт обла тот в:)1сп;ой стабчл.чс п : чр--тоты. Напряжение £0 оказывает незначктель.о2 втягип 1:1 руемую частоту. Скорость электронной перестройки нь гетнк! (1.8 ГГц/1 мкс). Изменение частоты генепап.пи в ииР . прс;слах (до двух раз) производят с помощью резонатора Перо .<\i.. юг-:-тора могут осуществлять механически или электричег . I.ta электрического управления частотой генераторов Ганнт пр[п-еп::!0г специальные ферритовые резонаторы, собственная частота кото} ых регулируется изменением тока иодмагнич1[ван11я.

Максимальная мощность генераторов часто огр--1:п[Ч1гвается эффектами, связанными с нaгpeвaниei полупровод.ика. Дости. нутые значения выходной мощности в режиме nenpejrnnf/i генерации меньше, чем в генераторах на ЛПД. В режиме OHGJ получена импульсная мощность 6 кВт на частотах 1-2 ГГц.

Для диода Ганна обычно приводят следующие параметры: частота и мощность генерации (в определенной схеме генератора), пороговое напряжение, соответствующее возникновению регулярных пульсаций тока, и сопротивление образца диода по постоянному току.

Глава 11

ПЕРЕДАТЧИКИ С АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

§ 11.1. Общие сведения

Для осуществления радиосвязи необходимо использовать электромагнитные колебания высокой (радио) частоты (см. § 1.1). Однако спектр сигнала, подлежащего передаче (отображающий передаваемое сообщение), расположен, как правило, в области низких (например, зву-KJBbix) частот. Следовательно, для реализации радиосвязи необходимо каким-то образом изменять одпн из параметров радиочастотного колебания в соответствии с передаваемым низкочастотным сигналом, т е. перенести спектр передаваемого сигнала в область радиочастот. Это достигается с помощью модуляции РЧ-колебания. Модуляцию осуществляют в специальном устройстве (рис. 11.1), называемом м о-дуляторомМ. На один вход модулятора подается ВЧ-напряже-ние несущей частоты и (/) от возбудителя В, на другой - низкочастотный передаваемый сигнал Uq (t) от источника сигнала (НС). На выходе модулятора получают модулированное ВЧ-колебание и (/). Известно, что гармоническое колебание впда

и = и cos (со/ + ф)

(11.1)

u(i)

характеризуется амплитудой напряжения И, частотой / = о)/2л и начальной фазой ф. Для строго синусоидального колебания параметры О, (О и ф постоянны, г. е. не меняются во времени. При модуляции один из параметров гармонического колебания .юняется во времени в соответствии с передаваемым сигна-ло.м. Так, при амплитудной модуляции (AM) такому изменению подвергается амплитуда гармонического ВЧ-колебания.

Положим, что передаваемый сигнал представляет собой функцию времени q(/) (рис. 11.2, о). Тогда при AM амплитуда напряжения и ВЧ-колебания на выходе модулятора должна меняться во времени в соответствии о передаваемым сигналом (рис. 11,2, б):

U{t)=Ua+u-,(t) (11.2)

где Uh - амплитуда немодулированного ВЧ-колебания н (О (рис. 11.2, е).

С учетом (11.2) выражение для АМ-колебания примет вид

и (О = [ Un -I- Щ1 (/)] cos ((0.. i -f Фо\ (11.3)

Рис. 11.1