Импеданс серийного лавинно-пролетного диода миллиметрового диапазона Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Библиографический список

1. Царапкин Д. П. Генераторы СВЧ на диодах Ганна. М.: Радио и связь, 1982. 112 с.

2. Бычков С. И., Буренин Н. И., Сафаров Р. Т. Стабилизация частоты генераторов СВЧ. М.: Сов. радио, 1962. 376 с.

Ju. I. Alekseev

Taganrog state university of radioengineering

Strip of a Tightening of the Gunn Diode Oscillator with Stabilization by the External Volumetric Resonator

The experimental analysis of dependence of a tightening strip of Gunn oscillator fluctuations frequency stabilized by the external volumetric resonator under the circuit.

Gann diode, UHF-generator, stabilization

Статья поступила в редакцию 27 февраля 2004 г.

УДК 621.373

Ю. И. Алексеев

Таганрогский государственный радиотехнический университет

Импеданс серийного лавинно-пролетного диода миллиметрового диапазона

Приводятся результаты расчета полного сопротивления серийного лавин-но-пролетного диода миллиметрового диапазона, удовлетворительно совпадающие с экспериментальными исследованиями импеданса. Показана целесообразность проведения расчетов импеданса вместо постановки громоздких экспериментальных работ по его измерению.

Лавинно-пролетный диод, импеданс, расчет

Экспериментальные исследования импедансных свойств любых генераторных диодов (лавинно-пролетных диодов (ЛПД), диодов Ганна, туннельных диодов) представляют собой сложные измерения на СВЧ и требуют обязательного создания специальных измерительных камер, построенных таким образом, чтобы их собственные характеристики мало влияли на измеряемый импеданс. Данная непростая техническая задача еще более усложняется необходимостью создания таких условий включения диода в камеру, при которых он был бы управляем и не возбуждался произвольно [1], [2]. В этой связи предпочтение, безусловно, может быть отдано теоретическим расчетам импеданса, если они дают хорошо совпадающие с экспериментальными результаты. В настоящей статье рассматривается пример расчета импеданса серийного ЛПД типа 2А717А, причем известные расчетные соотношения [1], [3], [4] дополняются, с одной стороны, паспортными параметрами диода, а с другой - дополнительной технической информацией, позволяющей проводить расчет импеданса ЛПД в любой точке его рабочего частотного диапазона.

76 © Ю. И. Алексеев, 2004

======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2004. Вып. 1

Следует отметить, что пользоваться соотношениями для расчета импеданса ЛПД, приведенными, например в [1], [3]-[5], можно только при наличии информации о площади поперечного сечения р-и-перехода диода £, которая определяет его емкость С и через нее -рабочий диапазон частот диода. Информация о площади £ каждого конкретного диода, с £, мм2 которым работает исследователь, естественно, отсутствует. В этой связи представляется целесообразным предложить частотную зависимость площади £ на основе данных, опубликованных многими исследователями в процессе изучения физики работы ЛПД [6], [7]. Изучение многочисленных источников в этой области [6]-[8] показывает, что интерполированная зависимость £ = £ (/) может быть

представлена в виде, показанном на рис. 1.

Наличие графика рис. 1 позволяет достаточно просто воспользоваться расчетными соотношениями для импеданса однопролетного диода [1], [4]:

0.4

0.2

±

22

44 66 Рис. 1

f ГГц

R (ю) = -(ю C) 1

в 2/1 -вл

[(1 - cos &t )/ fy ] ;

X (ш) = (ш C)-1 М/(l - в2 )] [(1 - cos S)/S] -1 (l - в

где ю - частота; C = eS/W - емкость р-и-перехода ( в - диэлектрическая проницаемость материала кристалла ЛПД; W - ширина обедненного слоя р-и-перехода); вл = ( ¡0 / ¡х ) =

= ( Cl ю2

л/ ^ I (¡о, 1х - ток в рабочей точке и характеристический ток ЛПД соответственно;

Ол =[2¡о (m + \)/SвтgЕпр

0.5

- лавинная частота; т«6 для кремниевых диодов;

^ = (0.5.. .1) - коэффициент резкости р-и-перехода; т§ - время пролета носителем заряда эквивалентного слоя умножения; Епр - пробивное значение поля); $ - фазовый угол пролета.

На рис. 2 приведены результаты расчета импеданса для корпусного ЛПД типа 2А717А. При расчетах использовались следующие параметры корпуса: Сп = 0.3 пФ,

Ьп = 0.2 нГн, а также паспортные данные диода: диапазон изменения тока ¡0 = 0.08... 0.25 А и напряжения и = 20... 30 В в рабочем диапазоне частот / = 31... 37.5 ГГц.

Сопоставление полученных в работе графиков частотной зависимости полного сопротивления диода миллиметрового диапазона с ранее опубликованными данными [10] по экспериментальному исследованию импеданса ЛПД указанного диапазона показывает их удовлетворительное совпадение лишь на пролетной частоте диода и в небольших ее окрестностях. Резкое увеличение модуля активной составляющей полного сопротивления, представленное авторами эксперимента [10] (рис. 2, а, кривая 1), противоречит теорети-

77

30 32 34 36 38 f, ГГц

30 32 34 36 38 f, ГГц

0

- 16

- 8

- 4

R, Ом

X, Ом

а

б

Рис. 2

ческим исследованиям [1], [3], [9] и свидетельствует о некоторой некорректности проведенного эксперимента. Резонансный характер графиков рис. 2 является следствием учета паразитных параметров корпуса диода.

Таким образом, графики рис. 1 и 2 дополняют паспортную информацию о диоде и позволяют на их основе количественно оценивать параметры устройств на ЛПД с достаточной для инженерных расчетов точностью, не прибегая к громоздким и не всегда корректным измерениям импеданса.

1. Тагер А. С., Вальд-Перлов В. М. Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СВЧ. М.: Сов. радио, 1968. 479 с.

2. Кукарин С. В. Электронные СВЧ приборы. М.: Радио и связь, 1981. 272 с.

3. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.: Мир, 1984. 455 с.

4. Давыдова Н. С., Данюшевский Ю. В. Диодные генераторы и усилители СВЧ. М.: Радио и связь, 1986.

5. Полупроводниковые приборы в схемах СВЧ / Под ред. М. Хауэса, Д. Моргана. М.: Мир, 1979. 445 с.

6. Полупроводниковые приборы СВЧ / Под ред. Ф. Брэнда. М.: Мир, 1972. 148 с.

7. Особенности конструкции лавинно-пролетных диодов миллиметрового диапазона / Ю. В. Поликанов, В. А, Сидоров, В. М. Нагин и др. // Электронная техника. Сер 2. 1978. Вып. 1. С. 58-65.

8. Мишарин А. М., Шкаликов В. Н., Данюшевский Ю. З. Анализ характеристик ЛПД в режиме большого сигнала методом гармонической линеаризации // Радиотехника. 1976. Т. 31, № 12. С. 83-85.

9. Кэррол Дж. СВЧ-генераторы на горячих электронах. М.: Мир, 1972. 390 с.

10. Коцержинский Б. А., Мачусский Е. А., Ткаченко Л. А. Измерение импеданса ЛПД в диапазоне миллиметровых волн // Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника. 1976. Т. XIX, № 10. С. 31-37.

Ju. I. Alekseev

Taganrog state university of radioengineering

Impedance of a Serial Millimeter-Wave Avalanche Transit-Time Diode

Библиографический список

184 с.

The results of a complete resistance calculation of a millimeter-wave serial avalanche transit-time diode satisfactorily conterminous with experimental researches of an impedance are resulted. The expediency of a solving of an impedance instead of setting unwieldy experimental operations for its measurement is exhibited.

Avalanche transit-time diode, impedance, calculation

Статья поступила в редакцию 29 декабря 2003 г.