6.4 Особенности устройства и применения ЛПД Для изготовления ЛПД используют кремний, германий и арсенид галлия. Требуемую структуру получают методами эпитаксиального наращивания, диффузии и ионного легирования. Для создания ЛПД миллиметрового диапазона применяют метод ионного легирования — получение необходимого закона распределения примесей бомбардировкой полупроводника ионами, ускоренными до высокой энергии (десятки-сотни килоэлектронвольт). Этот метод позволяет легко контролировать закон распределения и концентрацию примеси и создавать очень узкие переходы (десятые доли микрометра). При этом появляется возможность получения при очень узких переходах так называемых двухпролетных ЛПД миллиметрового диапазона. Одновременное использование эффекта пролета электронов и дырок возникающих в общем слое умножения, приводит к росту выходной мощности и КПД примерно в 2 раза. В непрерывном режиме мощность ЛПД в трехсантиметровом диапазоне составляет 1—3,5 Вт при КПД до 20%, а в двухсантиметровом 1—2,5 Вт при КПД до 17%. В лабораторном образце достигнута мощность 5 Вт на частоте 12,4 ГГц при КПД 20%. В импульсном режиме при λ=3 см получены мощность от 15 до 50 Вт и КПД 10%, на частотах 33—36 ГГц соответственно 5 Вт и 7%, а в диапазоне 93—96 ГГц 1 Вт и 5%. В последнее время ЛПД широко применяются для создания СВЧ усилителей. Диод является активным двухполюсником, т. е. двухполюсником с отрицательным дифференциальным (динамическим) сопротивлением. Поэтому в усилителе применяется циркулятор, обеспечивающий разделение входного и выходного сигналов (см. рис. 6.12). В пролетном режиме ЛПД отрицательное сопротивление существует в широкой области рабочих частот. Поэтому частоту генерации в генераторах на ЛПД можно изменять в пределах более октавы механической перестройкой колебательной системы. Широко используют также электрическую перестройку частоты, включая в колебательную систему СВЧ варикап или ферритовые элементы. В первом случае диапазон перестройки обычно невелик, а во втором — достигает 10%. Температурный коэффициент частоты генератора зависит от изменения как параметров диода, так и колебательной системы. Для одноконтурного генератора ТКЧ ≈ ±104 1/0С может быть снижен в результате принятия специальных мер. Высокий уровень шума ЛПД позволяет использовать их для создания генераторов шума СВЧ диапазона. Эти генераторы очень просты, имеют большую спектральную плотность мощности шума, низкую потребляемую мощность, малые массу и габариты, т. е. выгодно отличаются от электровакуумных генераторов шума. Усилители на ЛПД вследствие значительного коэффициента шума (20-30 дБ) не используются во входных усилителях. По коэффициенту преобразования амплитудной модуляции в фазовую (АМ/ФМ) усилители на ЛПД сравниваются с лампами бегущей волны. Так, для кремниевого ЛПД на частоте примерно 11 ГГц при выходной мощности около 0,5 Вт этот коэффициент 3.5 град/дБ. В заключение, следует отметить существование аномального режима ЛПД— режима с захваченной плазмой или ткаррат — режима (сокращение от слов ТРApped Plasma Avalanche Triggered Trarbit — захваченная плазма, пробег области лавинного умножения). В электронно-дырочном переходе в этом режиме создаются условия для движения фронта лавинного умножения со скоростью в несколько раз большей максимальной скорости носителей (скорости насыщения, см. рис. 6.1). Поэтому в переходе очень быстро образуется электронно-дырочная плазма, что приводит к резкому снижению напряжения на переходе, следовательно, к уменьшению скорости электронов и- дырок в плазме (захваченная плазма). Увеличение времени пролета носителей в переходе вызывает снижение частоты генерации в несколько раз по сравнению с пролетным режимом работы ЛПД. Однако достоинством ЛПД с захваченной плазмой является снижение потребляемой мощности, вследствие понижения напряжения на диоде после возникновения плазмы; КПД в этих приборах увеличивается (30—50%). В импульсном режиме на частоте 3,2 ГГц получена мощность 150 Вт и КПД 21%, а на частоте 1,1 ГГц при пяти последовательно включенных диодах — 1,2 кВт и КПД около 26%. В непрерывном режиме работы мощность ЛПД с захваченной плазмой не превышает 5—10 Вт. Контрольные вопросы. Принцип действия и структура лавинно-пролетных диодов. Объясните процесс лавинного нарастания тока в ЛПД и его тормажение высокочастотным полем. Основные параметры генераторов на ЛПД. Характеристики генераторов и усилителей на ЛПД. Применение ЛПД. назад | оглавление | вперёд